基于插齿刀具运动控制的复合摆线齿轮加工方法

为解决新型复合摆线齿轮的加工问题,提出一种基于渐开线插齿刀具运动控制的复合摆线齿轮加工方法.首先,建立复合摆线齿轮有效齿廓及渐开线插齿刀具齿廓的数字化离散模型,分析复合摆线齿轮与渐开线插齿刀具在加工过程中的相对运动关系;基于齿轮啮合原理,推导复合摆线齿轮插削加工的运动控制模型,得到数控机床的运动参数并将其插值形成连续共轭运动,实现复合摆线齿轮有效齿廓的连续插削加工;其次,推导利用球形铣刀铣削加工复合摆线齿轮齿根部位时铣刀的中心轨迹,并给出铣削加工刀具的选择方法.最后,运用Matlab对复合摆线齿轮的加工过程进行仿真分析.结果表明,该加工方法正确可行,且具有较高的加工精度.     

弧齿锥齿轮铣齿机铣削力建模与切齿试验

为了提高铣齿机的切齿性能,提出了一种瞬时未变形切削宽度和厚度的计算方法。根据瞬时未变形切屑面积公式,采用斜角切削理论和材料Johnson-Cook本构方程,计算出剪切区流动应力,构建了展成法粗铣弧齿锥齿轮小轮的铣削力模型。编写出铣削力仿真程序,通过计算分析得出铣削力与切削速度和进给量之间的关系,进行了切齿试验。仿真结果与试验结果基本吻合,验证了所建立铣削力模型的正确性。     

超密齿面铣刀的铣削力波动特性及其影响

提出了一种超密齿面铣刀概念,并推导了x和y方向的铣削力计算模型,分析了超密齿刀具铣削力及其波动规律.结果显示:随刀具的转动铣削力呈锯齿状变化,x向铣削力波动呈现两个山峰状,在三齿同时参与切削时波动最小.y向铣削力波动随初始切入角的增大先增大后减小,对比发现超密齿刀具铣削力波动远小于疏齿刀具.提出用单位体积材料所需切向铣削力大小来评价超密齿刀具和疏齿刀具性能.通过超密齿面铣刀的铣削实验验证了铣削力计算模型,并发现铣削力波动是影响工件表面粗糙度的因素之一,同时也反映出超密齿刀具的加工优越性.     

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.     

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。     

涂层刀具铣削粉末冶金镍基高温合金试验研究

采用涂层硬质合金刀具进行了粉末冶金镍基高温合金的铣削刀具磨损试验,并运用扫描电镜和能谱分析技术分析了刀具的磨、破损形态和磨损机理.采用多因素正交试验对粉末冶金镍基高温合金的铣削力、刀具寿命进行研究,使用最小二乘法等方法和回归分析建立了铣削力、刀具寿命的经验模型.利用等寿命-效率响应曲面法,对干铣粉末冶金镍基高温合金的切削参数进行了优化.结果表明:粘结磨损和磨粒磨损是主要的磨损机理;在不同的切削速度下刀具失效形式不同;建立的铣削力及刀具寿命经验模型高度显著,进给量对铣削力和刀具寿命的影响显著;干铣加工粉末冶金镍基高温合金理想的切削用量为切削速度40~60m/min、轴向切削深度0.15~0.20mm、径向切削深度10~20mm、每齿进给量0.08~0.10mm.     

高速铣削参数对铝合金零件表面粗糙度的影响

高速切削技术可以降低生产成本,提高零件的表面质量。笔者采用正交实验方法,研究硬质合金刀具高速铣削铝合金材料时,每齿进给量、切削深度、切削速度和行距等铣削参数对零件表面粗糙度的影响。通过对实验数据的直观分析和方差分析,得出了影响零件表面粗糙度大小的主次因素,并确定出较优的铣削参数。结果表明：每齿进给量、切削深度、切削速度和行距分别在0.06 mm/齿、0.6 mm、942.48 m/min和0.05 mm附近取值时,可获得较好的表面质量。该研究为指导企业生产实践提供了的参考依据。     

工件超声振动辅助微通道铣削成形试验研究

为了改善不锈钢材料的微通道高速铣削成形特性,利用自行研制的具有双直槽结构的矩形六面体超声变幅器实现工件的水平超声振动,对304奥氏体不锈钢板载微通道结构进行工件超声振动辅助微铣削成形加工试验,研究了不同工艺参数对微通道成形表面质量的影响。试验结果表明:在超声辅助微铣削加工过程中,当工件的水平超声振幅为4μm时可有效改善切削加工表面的粗糙度,偏大或偏小的超声振幅都会导致微通道表面质量变差;当每齿进给量接近刀具最小切削厚度时,微铣刀钝圆半径引起的尺寸效应最为显著,表面切削加工质量较差,而略大于刀具最小切削厚度的微铣削每齿进给量以及较小的轴向切深,都有利于改善不锈钢微通道表面的铣削成形质量。     

五轴端铣锥形摆线齿轮齿形的数值模拟与试验（英文）

为了提高锥形摆线齿轮齿面的加工质量和效率,提出端铣锥形摆线齿轮的工艺技术.建立端铣刀有效切削椭圆的数学模型,提出利用前倾角和侧倾角分别解决端铣刀局部干涉与刀杆碰撞干涉问题的方法.建立端铣锥形摆线齿轮的几何模型和五轴数控仿真模型,获得其刀具轨迹.数控仿真结果表明:各参数设置合理,加工轨迹均匀顺畅,无加工干涉.在五轴数控铣床上利用端面铣刀实现精密锥形摆线齿轮的无过切加工,验证端铣锥形摆线齿轮的加工方法的可行性和有效性.     

38CrSi高强度钢端铣铣削力系数实验研究

建立了端铣动态铣削力模型和铣削力系数经验模型,进行了38CrSi高强度钢端铣实验,采用偏最小二乘法对铣削力系数经验模型系数进行辨识,分析了切削参数及其互交作用对铣削力系数的影响变化规律.实验结果表明:在选定的实验范围内,铣削力模型和铣削力系数经验模型均具有较高的精度;每齿进给量对铣削力系数影响最显著,轴向切削深度次之,切削速度影响最小;切削参数之间的交互作用可以忽略.     

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.     

基于分层递阶模型的多轴加工过程分析与运动度量规划

针对复杂曲面多轴数控加工过程的复杂性,提出了一种面向多轴加工的分层递阶构造模型,即利用铣削过程的几何、运动学与力学模型综合分析多轴加工规律.切削工件几何模型采用深度元素法,通过分析刀具与工件接触区域,得到刀具在不同瞬时的轴向范围及沿轴向各微元的切入角和切出角,转换为铣削力模型所需的几何信息,同时运动学模型又为几何与力学模型提供计算依据.采用序列二次规划法优化进给速度,使机床工作在多个约束条件的最大范围值内.五轴螺旋桨加工实验表明,在满足加工精度条件下,优化的进给速度使零件加工效率提高约20%.     

铣刨机旋转多刀铣削阻力的数值计算

为计算沥青路面冷铣刨机的旋转多刀铣削阻力,将单把刀具旋转变厚度铣削的任一瞬时近似为等厚度平移切削,平移速度为刀具刀尖点轨迹的切线速度,以剪切破坏建立了单刀铣削阻力计算模型;将任一时刻各刀具铣削阻力的向量叠加作为该时刻铣削转子的旋转多刀铣削阻力,得到了旋转多刀铣削阻力切向分力的数值计算方法。结合试验数据,以铣削接触面截面积为自变量修正了单刀铣削阻力计算公式,并对比了冷铣刨机试验样机旋转多刀铣削阻力切向分力的实测值与理论计算值,结果表明二者线性相关,相关系数R2=0.9;进而修正了旋转多刀铣削阻力切向分力的计算公式,分析了理论计算值的误差来源。所提出的单刀铣削阻力和多刀铣削阻力计算模型可为旋转类多刀具切削阻力数值计算提供参考。     

基于切削参数和刀具状态的铣削功率模型

以经典铣削力模型为基础，同时考虑刀具磨损的影响，建立了基于切削参数（主轴转速、进给量、背吃刀具（即切削深度）、工件材料及刀具材料）的铣削功率模型。试验证明，该铣削功率模型能正确反映铣削功率信号与刀具状态及各种切削参数之间的关系。     

Inconel 718微铣削加工表面残余应力有限元仿真

刃口圆弧半径和每齿进给量显著影响微铣削镍基高温合金残余应力,因此进行了基于ABAQUS的Inconel 718微铣削三维仿真研究.基于J-C本构方程模拟材料应力应变关系,得到相同单元在S11和S22两个方向的残余应力值,进而研究每齿进给量对表面残余应力的影响规律.进行Inconel 718微铣削实验,通过X射线衍射法测量不同每齿进给量切削过程中工件进给和垂直进给两个方向上的残余应力.进给方向的表面残余应力实测值与仿真结果最大误差为21.1%,平均误差为8.9%;垂直进给方向的表面残余应力实测值与仿真结果最大误差为31.0%,平均误差为12.3%,验证了Inconel 718微铣削加工三维有限元仿真模型的准确性.     

4Cr16Mo模具钢立铣加工过程中的切削力系数

在动态铣削力模型基础上,通过正交铣削实验分析了立铣4Cr16Mo模具钢时各加工参数对切向切削力系数Kt和径向切削力系数Kt的影响规律,以及切削参数的优化选择;采用二次多项式模型和偏最小二乘法对其进行回归分析.结果表明:对于Kt,径向切深对其影响最大,切削速度次之,每齿进给量的影响最小;而对于Kt,每齿进给量对其影响最大,径向切深次之,切削速度的影响很小.基于此,提出了减小切削力的简单有效办法,同时采用实验方法加以验证.     

高强钢高效加工层切面铣刀优化设计及仿真分析

利用层切面铣刀对508III钢进行铣削试验,分析切削参数对切削力的影响;以最优加工效率和刀具寿命为目标建立切削参数优化模型,采用遗传算法进行优化,并根据切削参数对刀具结构进行设计;对不同前角组合的刀片进行切削仿真,优化刀齿的角度参数;结合优化的切削参数,对层切面铣刀进行切削力仿真验证.研究工作将为重型高效铣削刀具开发和切削参数优化等提供基础和技术支撑.     

石墨烯铝基复合材料超声辅助微铣削工艺研究

超声辅助微铣削作为一种新兴复合加工技术,在加工硬脆材料和复合材料中具有独特的优势.针对石墨烯铝基复合材料在工业应用中存在难加工、加工精度要求高、加工效率低等问题,本文以纯铝及石墨烯铝基复合材料为研究对象,对不同配比的石墨烯铝基复合材料进行了超声辅助微铣削实验.通过正交实验分析石墨烯含量、每齿进给量以及超声振幅对铣削力和加工表面粗糙度的影响,从而确定石墨烯铝基复合材料在超声辅助微铣削下的最佳工艺参数.实验结果表明,当每齿进给量为1 μm/z,超声振幅为3.05 μm时,石墨烯铝基复合材料的加工性能最优.      

微波印制板的微铣削实验研究

微铣削是一种先进的高速加工技术,而微波印制板是一种较难加工的复合材料.通过直径为1mm的微铣刀在铝衬微波印制板上进行的切削参数的单因素实验,得出转速和每齿进给量对铣削力的影响较大,切削深度和切削宽度影响相对较小.转速在10 000~14 000r/min、进给量在0.03mm左右时,可综合获得较好的表面加工质量和较少的刀具磨损,对实际的工艺参数选择有一定的指导意义.     

陶瓷刀具高速铣削镍基高温合金铣削力实验研究

针对高温合金材料GH3039的铣削加工性差的特点,设计了陶瓷刀具铣削加工单因素及正交实验,以研究背吃刀量、铣削速度、每齿进给量等铣削用量对高温合金数控铣削过程产生铣削力的影响。通过铣削实验分析,得到背吃刀量与铣削力的变化曲线;利用线性回归方法建立了铣削力经验公式,并通过极差分析得出最优铣削参数。该参数可以为高温合金材料GH3039加工过程中的背吃刀量的选择提供参考。