基于瞬时铣削力的球头铣刀铣削力系数辨识

面向多轴铣削加工的铣削力预测,提出了基于瞬时铣削力的球头铣刀铣削力系数辨识方法.首先建立了铣削过程中刀具的瞬时坐标系来准确描述多轴加工中刀具的位置和位姿,在此基础上建立了球头铣刀任意位置和位姿的通用铣削力模型,即建立了铣刀刀刃微元的切削弧长,刀刃微元的切削宽度和瞬时未变形切削厚度的数学模型.然后根据铣削力模型推导了基于瞬时铣削力的铣削力系数辨识模型.最后通过铣削力系数辨识实验和铣削力仿真计算,验证了方法的正确性和可靠性.     

刀具偏心和变形对球头铣刀铣削力的影响

为了预测数控铣削加工过程中球头铣刀的铣削力,将刀具沿轴向平行地分割为许多很小的切削微元,刀具受到的铣削力为参与切削的各切削微元的受力之和.根据刀具铣削力与切削负载之间的经验公式,综合考虑刀具偏心、力变形和热变形,推导出三维进给状态下瞬时切削厚度表达式,建立球头铣刀铣削力模型并对模型进行仿真.结果表明,刀具偏心和变形对铣...     

基于实体造型的球头铣刀三维铣削力仿真

提出了基于实体造型技术的复杂曲面球头铣刀三轴铣削加工过程三维铣削力仿真方法。整个系统由几何仿真模块和物理仿真模块组成。用基于UGⅡ的实体造型技术表示工件、刀具、刀具扫描体以及被切除材料实体,用分段三次NURBS曲线表示刀具切削刃,通过NURBS曲线和被切除材料实体之间的求交运算,抽取参与切削的切削刃片段。基于切削力与切屑几何之间的经验关系,用数值积分方法建立了球头铣刀三分量铣削力模型。在径向未变形切屑厚度公式的推导中,考虑了刀具进给运动的三维特点。在铣削力系数模型中,考虑了切屑厚度变化对铣削力影响的指数关系和铣刀球头部分不同位置切削微元不同切削条件的特点。实验计算表明,仿真与实测的铣削力达到了很好的一致性。     

五轴侧铣加工铣削力预测

五轴侧铣加工过程中刀具姿态实时变化,导致加工过程中瞬时未变形切屑厚度(instantaneous undeformed cutting thickness, IUCT)计算困难、铣削力计算效率低下。为了提高铣削力的计算效率,首先,建立了微元铣削力模型,提出了一种平头铣刀五轴侧铣IUCT计算方法,该方法将切削厚度分为2部分计算;其次,对比了该模型与现有模型的铣削力计算效率,发现该文提出的铣削力模型计算效率提升了约40%;最后,通过五轴侧铣加工对该文模型进行了实验验证,结果表明:该模型在提高计算效率的同时具有良好的预测精度。     

圆弧曲面加工铣削力预报解析模型

为了控制在多轴机床上对圆弧曲面进行精确的铣削加工,建立了铣削力解析模型。在加工过程中为了保证加工的精度,铣刀与被加工表面之间保持垂直,这就造成了瞬时未变形切屑厚度在铣刀轴线方向上是一个变量。因此圆弧曲面铣削加工是一个动态切削过程。将铣刀沿轴线方向划分成若干微段,每个微段的切削看作一个稳态切削,根据已有的稳态过程铣削力模型,可以得到在每个微段上单位铣削力模型,然后沿轴线方向积分得到圆弧曲面铣削加工铣削力解析模型。通过实验,验证了该模型的有效性。     

基于Deform 3D的铣削力仿真试验验证研究

铣削力是导致铣削加工件变形及刀具磨损的主要原因,利用有限元软件进行铣削加工模拟仿真是预测切削力变化的重要方法;而任何金属切削仿真软件分析结果都会有一定的局限性,并不能完全的模拟实际加工过程.以铝合金高速铣削加工为研究对象,设计了其铣削方案,借助某经验公式计算并估计主切削力大小,并利用Deform 3D铣削仿真模块进行模拟加工得到铣削力数据,最后通过实际铣削试验验证仿真所得数据的可靠性,为仿真试验结果准确性提供依据.     

基于实际径向切深的连续曲面周铣铣削力建模

为提高连续曲面周铣过程中铣削力的预测精度和计算效率,采用参数化曲面描述工件轮廓和刀具路径,研究实际径向切深的计算方法,推导解析算式,给出基于实际径向切深的瞬时切入角、切出角计算公式,从而构建了瞬时铣削力模型,提出了基于实际径向切深的铣削力预测方法.采用仿真法证明了曲率对实际径向切深具有显著影响,加工凹曲面时实际径向切深大于名义径向切深,加工凸曲面时实际径向切深小于名义径向切深.对连续曲面周铣铣削力进行预测,并进行试验验证,预测结果与试验结果在变化趋势和幅值方面均具有良好的一致性,仿真耗时显著减小,表明提出的铣削力预测方法具有较高的精度和计算效率.     

薄壁叶片加工误差分析与预测

薄壁叶片在数控加工中容易变形,影响加工精度,提出了采用柔性变形迭代方法计算叶片铣削过程中的变形量.首先利用正交切削仿真试验确定球头铣刀的铣削力模型,并给出叶片数控加工刀触点计算方法,再将切削力加载到叶片的有限元网格节点上,采用柔性变形迭代方法计算出薄壁叶片的变形量.结果表明,所提出的方法能有效地预测薄壁零件的变形,为叶片加工误差补偿提供了依据.     

微纳尺度下铣削力模型

为了真实反映微纳尺度下铣削力的变化规律,在充分考虑微铣削过程中刀具钝圆半径、最小切削厚度、弹性恢复等条件下,区分材料变形的剪切区和犁耕区,运用正交切削理论分区建立单元切削力,并由实验数据标定剪切区和犁耕区的切削系数,建立了一个新的微纳尺度下的铣削力模型.实验与仿真结果表明:新模型较真实地反映了微纳尺度下复杂的铣削力,修正了现有铣削力模型,为微切削加工机理研究、加工表面质量控制和刀具磨损的监测等提供了一定的参考依据.     

二刃球头铣刀铣削力建模与仿真研究

通过瞬时切削力模型、瞬时切削合力模型、每转平均切削力模型等建立球头铣刀铣削力模型.建立球头铣刀三维实体模型并导入ANSYS中,对球头铣刀进行静态分析和模态分析.仿真结果表明,球头铣刀在加工中的变形量较小,承载的最大应力在材料性能允许的范围内.球头铣刀在外力作用下的振动频率离固有频率较远,不会发生共振现象,由此引起的刀具振动和变形较小.     

圆柱齿轮滚齿切削力的预测

切削力是滚齿工艺参数优化、刀具磨损预测和机床设计的重要依据. 针对圆柱齿轮滚齿加工,提出了一种基于实体建模技术的切削过程几何仿真方法,实现了未变形切屑的准确提取,进而计算出未变形切屑厚度. 基于微分离散思想,将滚刀刀齿切削刃离散成一系列微元切削刃,采用Kienzle-Victor力模型,建立微元切削力模型,进而构建整体滚刀切削力模型. 结合Kistler 9123C旋转测力仪和DMU50五轴立式加工中心进行滚齿切削力测量试验,试验结果表明,预测的滚削力在幅值和变化趋势上与试验测量结果吻合良好,验证了该滚削力预测方法的有效性.     

一种新的铣削力模型

提出了一种新的三维非线性铣削刀模型,以圆柱螺旋铣刀为例,依据一次切削实验测试结果识别切削力系数,百而以不同的切削参数对加工过程的铣削刀进行数值仿真。计算结果和实验结果表明了用该模型拟削力的有效性和正确性。     

滚齿切削厚度仿真计算

为了解决滚切力模型在应用中瞬时几何边界参数的提取问题,提出一种基于三维实体造型技术的滚齿切削厚度仿真计算方法.该方法考虑未变形切屑是滚刀扫掠几何实体与工件几何实体的交集,包含几何边界条件信息.首先通过布尔减运算得到未变形切屑,然后通过瞬时刀齿前刀面与切屑几何实体进行求交运算,得到包含切削范围信息的由样条曲线所构造成的CWE(cutter/workpiece engagement),进而在其上进行切削厚度的提取.该方法的实现为动态滚切力的精确预测奠定了基础.     

在Matlab/Simulink环境下的动态铣削力仿真

以圆周铣削颤振理论为基础，考虑瞬态切屑厚度及刀具有效前角对动态铣削力的影响，建立一种更准确且更实用的圆周铣削过程的动力学模型．运用数字仿真技术，在Matlab／Simulink环境下建立铣削力系统的计算机仿真模型；利用已有的试验数据，对动态铣削力模型进行了仿真研究．仿真结果表明，该模型的有效性和合理性，能够正确反映铣削力与各种切削参数之间的关系以及刀具的振动状态．     

低刚度铣削工艺系统的弹性铣削力建模方法

为了提高高速加工过程中薄壁结构件的加工精度,针对低刚度工艺系统的形变特点,建立了低刚度铣削工艺系统的弹性铣削力模型.该模型中基于弯扭剪耦合弹性力学理论,推导出了工件弹性铣削形变的解析式;并考虑到工件和铣刀的弹性形变共同引起铣削啮合角的变化,推导出啮合角的表达式.通过铣削力和铣削变形仿真以及铣削试验验证得知:铣削力与工件的铣削形变密切相关,工件的法向铣削分力是引起工件形变的主要因素.最后,经铣削力试验验证了实测结果和仿真结果具有较好的一致性.     

航空铝合金薄壁零件高速加工铣削力

探讨铣削力三维有限元计算方法,研究航空薄壁零件高速加工切削力变化规律。基于Advant Edge 3D铣削模块,实现对AL7075航空铝合金材料的铣削过程仿真加工并研究铣削力规律。预测不同切削时间下工件及刀具上的温度分布,建立高速铣削参数对铝合金7075铣削力和铣削温度的影响曲线。通过实际铣削试验验证仿真结果的可靠性。研究结果表明:在铣削速度v为250~1 500 m/min,切削速度大于250 m/min时,切削力随切削速度增加而快速下降;当切削速度大于500 m/min时,切削力变化不大,呈微量上升趋势;轴向力FZ在整个速度范围内变化不大;高速铣削参数对铝合金7075铣削力和铣削温度的影响曲线可辅助优化切削加工参数,有助于减小切削过程中刀具的磨损,改善刀具切削状态,提高刀具使用寿命,为预测其他材料的铣削力提供了新的有限元建模方法。     

基于有限元仿真的聚酰亚胺切削参数优化

采用VUMAT子程序嵌入法,考察了聚酰亚胺高分子材料弹性变形阶段的应力-应变关系,并通过三维热-力耦合有限元模型分析了切削工艺参数对聚酰亚胺铣削过程中切削力、切削温度和切屑形态的影响规律.结果发现:随着进给量的增大,仿真的切削力、切削温度增加或升高,切屑的带状化程度变得严重.随后利用切削实验,验证了仿真模型的有效性与准...     

端铣加工工件变形仿真预测方法研究

研究端铣加工变形的仿真预测方法.将理论计算与有限元方法相结合,提出采用加工过程离散与载荷等效的方法将瞬态铣削力和瞬态铣削热作为动态载荷施加于工件的有限元模型上,应用间接热-结构耦合场分析方法,模拟复杂工件的三维铣削加工过程.预测了工件在铣削力和铣削热作用下的变形情况.通过实例仿真及分析结果与实际加工情况的对比,验证了所提出的仿真预测方法的可行性与有效性.     

铣削力建模与仿真

对螺旋刃周铣铣削力进行了建模,在建模中考虑了切削厚度变化对镜削力影响的指数关系,铣刀偏心对实际切削厚度、切入与切出角、铣削力波动的影响,并提出了用实测镜削力识别铣刀偏心和钝削力系数的方法。仿真的铣削力与铣削试验实测的铣削力达到非常好的符合。     

基于蒙特卡洛法的铣削让刀误差概率分布预测

基于斜角切削理论,建立铣削力计算模型,求解得到铣削力.构建薄板受力变形的挠度函数,结合刀具的受力变形求解刀具-工件耦合变形的铣削让刀误差.采用神经网络拟合方法,求出输入铣削参数与输出最大让刀误差的函数关系.考虑刀具参数、材料参数、工件参数以及加工工况等随机参数对金属切削的影响,利用蒙特卡洛方法,对输入参数进行抽样,将参数样本代入神经网络拟合的函数模型中,获得铣削让刀误差样本,并分析其概率特性,从而提出一种铣削让刀误差的概率分布预测方法,较确定性计算铣削让刀误差的方法更加符合实际.