基于局部摩擦因数模型的切削力预测建模

基于局部摩擦因数模型分别建立前刀面摩擦区、切削刃钝圆区、后刀面摩擦区的受力预测模型,进而获得切削力预测值.以钨钼系高速钢（W6Mo5Cr4V2Al）刀具和20Cr2Ni4合金钢为研究对象建立直角切削实验,通过三向测力仪测量直角切削主切削力和切深抗力,并与预测切削力进行对比,数值基本吻合.分析了切削参数以及刀具前角对切削力大小的影响规律.结果表明切削力随切削速度和刀具前角的增加有减小的趋势,随着切削深度的增加明显增大.      

矩形槽切削的切削力及切屑横向变形的研究

本文指出,矩形槽切削时的切削力可以看成由三部分组成:a、刀具主切削刃作直角自由切削产生的切削力;b、刀具副切削刃产生的切削力;c、切屑横向变形引起的切削力。通过分析表明,矩形槽切削时,切削力较自由切削时大的主要原因是由于切屑的横向变形受到限制而产生附加应力场,造成流屑过程中切屑两侧与工件已切槽侧壁发生严重摩擦所致,而刀具副切削刃产生的切削力几乎是可以忽略的。     

钛合金Ti6Al4V铣削加工中切削力的三维数值模拟

结合航空钛合金立铣加工的实际情况,提出了主、副切削刃同时进行切削的螺旋齿双刃切削有限元模型,进而利用该模型对航空钛合金Ti6A l4V进行了铣削加工切削力的三维数值模拟研究,得到了铣削过程中切削力的变化曲线和数值,揭示了铣削过程一个周期内切削力的变化规律.通过铣削力实验测得了相同切削条件下的切削力,实验结果与有限元模拟结果较为一致,证明所建立的有限元模型是正确的,可用于预报铣削力值.切削力三维数值模拟的研究为钛合金这种难加工材料切削加工工艺参数优化、刀具的合理选择及其优化设计奠定了基础,同时也为进一步有效控制钛合金航空薄壁零件因切削力作用引起的加工变形提供了新的研究手段.     

切削力理论计算公式局限性的探讨

切削力理论公式的计算值往往与实测值相差较大,本文采用多元线性回归方法,通过对实验数据的统计分析,导出了变形系数ξ,摩擦角β与切削要素αp,f,V之间的函数公式,阐明了经验公式与理论公式之间差别原因,分析了理论公式的局限性。     

高速铣削高强高硬钢加工表面残余应力研究

研究高速铣削高强高硬钢时,铣削参数与加工表面残余应力的关系.进行了高速铣削高强高硬钢时的切削温度、切削力实验研究,分析了切削参数对平均切削温度、平均切削力的影响规律,分析了切削力、切削热以及由其引起的微观组织变化对加工表面残余应力的影响.结果表明,高速铣削高强高硬钢时,加工表面产生明显的残余应力.在所选用切削参数范围内,皆产生残余压应力;切削力以及切削热引起的金相组织变化是产生残余压应力的主要原因;在所选用的切削范围内,随着切削速度的增加,加工残余压应力增大,残余应力的影响深度增大.     

圆锥齿切削破岩的切削力估算

通过分析现有切削破岩峰值切削力计算公式和实验数据,进一步明确了切削力与岩石性质及切削厚度之间的关系,得到形式简单、适用性广、误差低的切削力估算公式.分析多组独立的、分别改变切削厚度和岩样进行实验得到的实验结果,并结合现有切削力计算理论拟合实验数据.结果发现:峰值切削力与切削厚度的幂次方成正比,幂指数在1.1~1.5,切削力与岩石的单轴抗压强度的关系最为密切.将研究得到的关系转化为数学计算公式,并通过实验对其进行验证,结果证实它比现有的计算公式精度更高,与实验值更吻合.     

基于正交试验法的27SiMn钢车削力研究

为了研究难加工材料27SiMn钢的切削规律,采用硬质合金车刀,利用正交法对27SiMn钢进行切削实验,得到切削参数在一定范围内(切削深度:0.3~0.8mm,进给量:0.08~0.2mm/r,转速:200~400r/min)与3个方向切削力的关系,结合线性回归方法得到三向切削力的经验模型。实验结果表明,切削深度对切削力的影响最大,其次是进给量,切削速度影响较小。切削深度和进给量对切削力的影响均是正相关,转速大于320r/min时,切削力随着切削速度的增大而减小。显著性检验结果表明切削力经验公式高度显著。     

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.     

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.     

SiC/ZL复合材料的切削力

从切削力角度研究了ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料的切削机理。实验数据分析表明：传统刀具切削粗大颗粒增强复合材料的平均切削力和切削力波动幅度随机时间推移迅速增大,且径向和进化切削力的增长快速主切削力的增,而切削细小颗粒增强复合材料的切削力变速度和幅度都比较小;采用低速和较大切削深度时,复合材料的切削力比切削未增强合金时更小,较高切削速度和较小切削深度时则反之。     

变齿距铣刀切削力理论与试验研究

本文考虑了铣刀的螺旋角及变齿距特性,基于切削力力学模型建立了变齿距立铣刀切削力模型;以该模型为基础,采用快速标定法测量的铣削力系数,利用Matlab软件对铣削力进行了仿真分析.同时,开展了变齿距铣刀铣削试验.试验与仿真分析的比较结果表明:对于变齿距铣刀,本模型都具有可靠有效的切削力预测能力;采用传统的快速标定法获得的铣削力系数可以应用于变齿距铣刀切削力预测,并可获得较好的效果;由于变齿距效应,各个刀齿承受的切屑载荷不同,相邻切削刃的铣削力峰值和相位也显示出明显差别.该方面研究对认识该类铣刀的切削力特性,开展刀具几何参数优化具有一定的指导意义.     

基于原子力显微镜的石墨烯可控裁剪方法研究

石墨烯是一种新奇的纳米材料,其电学特性与几何构型密切相关,因此特定几何构型的加工技术是石墨烯基纳米器件走入实际应用的关键．然而迄今为止,还没有能够快速、低成本实现上述目标的方法．本文提出了一种基于原子力显微镜（AFM）机械切割的石墨烯裁剪方法,实现了各种石墨烯纳米结构如纳米带、三角形等的可控加工;探索了载荷与裁剪效果之间的关系,同时结合旋转基底法实现了AFM针尖效应对切割力检测影响的有效克服,在理论和实验上系统研究了晶格切割方向对纳米切割力大小的影响．本研究表明实时切割力可以作为纳米加工过程的状态反馈信息来指引纳米切割的进行,这为实现晶格精度的石墨烯可控加工奠定了理论与实验基础,由于该方法还具有与并行探针相兼容的优点,因此有望在规模化、批量化、低成本的石墨烯基纳米器件制造中发挥重要作用．     

铣削力/扭矩的解析卷积模型

为预报螺旋端铣刀铣削力和扭矩 ,建立了一个铣削解析卷积模型。铣削扭矩是铣削过程中一个重要的物理量。通过分析单位铣削力和扭矩之间的关系 ,可以获得铣削扭矩的傅里叶级数多项式 ,得到铣削扭矩在频域中的解析卷积表达式。结合铣削力的解析卷积模型 ,建立了 6维铣削解析模型。利用 kistler测力仪进行了一系列铣削实验 ,验证了模型能够对铣削力和扭矩的大小进行较准确地预报 ,从而实现了对铣削加工过程中力和扭矩的仿真计算     

确定三维切削动态切削力系数的新方法

建立了三维切削的三维动力学模型，通过对切削过程的动态分析，给出了一种确定动态切削力系数的稳态切削参数解析新方法．该法适合于一般切削加工系统与条件，具有通用性，可以获得较完整的数据．比较现有的其他方法，表明二维切削的动态切削力系数是本方法所确定的三维切削的动态切削力系数的特例．最后给出正交切削和三维切削2个实例，并与前人的研究成果相比较，结果证明了该法的正确性．     

基于切削参数和刀具状态的车削力模型

建立刀具状态监控特征量与切削参数及刀具状态之间的定量或定性关系是实现刀具状态监控系统的基础,文中以切和为监控特征量,建立了基于切削参数（切削深度、进给量、工件材料及刀具材料）与刀具状态（主要考虑后刀面磨损量）的车削力模型,设计了车削刀具磨损的试验系统及具体的试验方案,并进行了相应的切削试验,结果证明,该模型基本能正确反映车削力信号与刀具状态及各种切削参数之间的关系。     

基于相对误差的最小二乘法在切削力预测中的应用

对比分析高斯最小二乘法和基于相对误差的最小二乘法,后者的相对误差均值更小,适合保证实际值更小时的精度,更适合应用实际工程分析。在机械加工研究中,切削力通过应力、应变或测力仪传感器测量获得,使用成本较高,因此,提出了一种基于数控机床伺服参数的测量方法。测量得到电流环伺服参数TCMD和切削力,采用基于相对误差的最小二乘法,两者之间的关系模型,并将此关系模型应用于切削力的预测中。试验结果表明切削力可通过伺服参数进行预测,基于相对误差的最小二乘法的预测模型具有较高的精度。     

基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力概率特性分析

考虑随机因素的影响,采用蒙特卡罗数值模拟方法,研究金属切削过程中切削力的统计分布规律.建立非等分平行面剪切区模型,求解切削速度、剪应变以及剪应变率.构建金属切削材料控制方程和温度控制方程,求解剪切区剪切应力及切削力.根据切削参数的分布信息抽取样本,代入切削力模型进行计算,获取切削力,并统计切削力的概率特性,从而提出一种基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力预测方法.     

波形刃铣刀铣削力的预报数值模型

为优化波形刃铣刀的设计和正确应用 ,建立一个离散的数值模型来预报铣削力的大小。根据已有的单位铣削力模型和它与切屑厚度的关系 ,获得局部铣削力的大小。将铣刀沿轴线方向划分成小的铣刀片 ,把作用在铣刀片上的局部铣削力叠加到一起 ,从而建立起离散的数值切削模型。提供了计算铣削力和参数标定的算法。通过几组实验 ,验证了数值模型的有效性     

倒角刀刃切削过程中切削力的有限元法预测

提出了一个预测倒角刀刃切削过程中切削力大小的有限元分析模型．综合考虑了切削加工过程中大应变、大应变速率和高温对工件材料属性的影响，将工件材料的流动应力看成是应变、应变速率和温度的函数．模拟过程从刀具切入工件开始，到切削力达稳态为止．切屑的分离通过商业有限元分析软件Marc中的自适应网格重划分功能实现．采用不同切削条件下切削力的测量结果对有限元分析结果进行验证，发现二者具有较好的一致性．文申最后还分析了刀刃的几何参数对切削力的影响．