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.     

阶梯铣削密齒端铣刀铣削力的正交试验研究

为了测定和对比[1][2]文所研究的两种结构阶梯铣削密齿端铣刀的铣削力,确定切削力经验公式,本文采用正交试验法进行了铣削力的试验,並对试验结果作了回归分析。试验在广西大学切削实验室进行。一、试验条件 1、铣刀: 1)φ125正方形刀片阶梯铣削密齿端铣刀(图1); 2)φ100立装圓刀片阶梯铣削密齿端铣刀(图2)。     

压铸铝合金用铣刀表面微织构及切削特性研究

针对压铸铝合金在切削力影响下加工精度低、表面质量不高等问题,提出在铣刀前刀面加工沟槽和V型阵列表面微织构的方法.通过三向力传感器监测并分析铣削过程中的铣削力变化情况,重点分析y向铣削力(F_y)频谱特性.将采集到的F_y进行快速傅里叶变换,得到3种不同铣刀F_y的频谱分析图,利用表面形貌和表面粗糙度评价表面微织构铣刀的铣削性能.结果表明:相较于普通铣刀在x、y和z方向的铣削力均值,沟槽阵列表面微织构铣刀的均值分别降低了3.8%、0.29%和11.7%,V型阵列表面微织构铣刀的均值分别降低了8.5%、14.3%和12.4%;在6倍主轴频率处的F_y高频幅值的大小关系为普通铣刀沟槽阵列铣刀V型阵列铣刀;采用微织构铣刀加工的表面,其表面粗糙度比普通铣刀的小,且V型阵列铣刀加工工件的表面质量最好.研究结果将为压铸铝合金精密铣削提供理论依据.     

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。     

基于次摆线轨迹的铣削层厚度模型

铣削层厚度模型很大程度上影响着铣削加工瞬时铣削力计算精度,在每齿进给量较小情况下能较好地反映铣削层厚度的瞬时变化,但在每齿进给量较大情况下铣削层厚度计算精度不足。该文分析铣削刃随刀具旋转和工件进给的运动规律,建立铣削刀具次摆线轨迹模型,给出铣削起始角和终止角,提出一种基于次摆线轨迹的铣削层厚度模型。通过与现有圆弧模型和等效均匀厚度模型对比,结果表明:该模型在不同每齿进给量下均能保证较高准确性。     

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...     

球头铣削切削力预测模型的解析计算

针对用于加工复杂曲面的球头铣刀，首先建立刀具刃口曲线的空问模型，然后从理论出发分析离散单元的铣削力的变化，最终建立了一个适用于球头铣刀铣削的三维铣削力模型。该模型包括球头铣刀的几何特征和铣削力的计算。利用该模型，可对在不同切削参数下的铣削过程的切削力进行预测。     

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。     

面向球头铣刀多轴铣削加工的铣削力系数辨识

提出了一种适用于球头铣刀多轴铣削加工的铣削力系数辨识方法.首先,将剪切力系数考虑为轴向位置角κ的多项式函数,推导了基于平均铣削力的铣削力系数辨识模型.然后,设计了多组刀具轴线与工件表面夹角不同的槽切铣削实验来实现铣削力系数辨识,以保证通过实验辨识得到的铣削力系数包含了球头铣刀不同姿态切削对铣削力的影响因素.最后,通过实验验证了该方法的正确性和可靠性.实验结果表明,该辨识方法相比于基于瞬时铣削力的辨识方法具有更好的抗干扰能力和更高的辨识精度,适用于球头铣刀多轴铣削加工的铣削力预测.     

锯齿形PDC刀具的破岩特性及温度场

PDC刀具的结构是影响钻头性能的重要因素，锯齿形PDC刀具性能较好但研究较少，缺乏相关理论支撑。因此，本文基于弹塑性力学及Drucker-Prager准则构建了刀具与岩石的有限元模型，对锯齿形PDC及常规PDC刀具的破岩和温度场进行对比研究。结果表明，锯齿形PDC通过剪切和犁碎的方式破岩，有效且明显提升了破岩效率。锯齿形PDC较常规PDC切削力均值减小约20%，波动明显更小。后倾角变大，其切削力增加，破岩比能先增加减小后又增加，存在最佳后倾角10°-15°；切削深度增大，切削力变大，破岩比能先减小后增加，存在临界切深1.5 mm-2 mm；锯齿数增加，刀具的切削力与破岩比能先增加后减小，3个锯齿为最佳。温度场研究结果表明，锯齿形PDC比常规PDC刀具散热面积大，热稳定性更好；其温度随着后倾角增加而降低，随着切削深度的增加而变大，随着锯齿数增加先增大后减小。研究深度揭示了锯齿形PDC刀具的破岩特性以及温度场，对PDC刀具优化及高性能钻头布齿具有较为重要的指导意义。     

Inconel718镍基高温合金铣削过程的数值模拟

在镍基高温合金Inconel 718的铣削过程中,切削参数对铣削过程中切削力、切削温度和切屑形态等影响显著.为了提高工件加工表面质量和加工效率,通过有限元分析软件ABAQUS建立镍基高温合金Inconel 718三维铣削模型,进行Inconel 718镍基高温合金连续铣削仿真分析,重点研究了不同切削条件下切削温度、切削力和切屑形态变化规律.仿真结果表明:铣削温度总是随着主轴转速、每齿进给量和切削深度的增加而增加.切削力会随着主轴转速的增加呈现先增大然后逐渐变小的趋势.切削力随切削深度和每齿进给量的增加呈比例增加.主轴转速与进给速度及切削深度相比,主轴转速对锯齿形切屑形成的影响更为显著.     

预切槽机上单把切刀的切削载荷特性

为了研究预切槽机上切刀在开挖过程中的受载特性,建立了单把切刀水平推进载荷计算模型,并运用LS-DYNA软件模拟单把切刀切削岩土的过程,分析不同切削深度及刀刃角对切刀水平推进载荷的影响规律.结果表明:切刀水平推进载荷远大于垂直载荷,水平载荷随着切削深度的增大而增大;相同切削深度下,切刀水平载荷随刀刃角的增大而增大,刀刃角从80°增大到125°,各个切削深度下水平载荷平均增大30.7%;切刀比能耗随着刀刃角的增大呈先减小后基本不变的趋势,在刀刃角为110°时,切刀切削效率最高,且切刀比能耗随着切削深度的增大而减小.     

PDC切削齿与岩石相互作用模型

使用可以加载钻压的试验设备,在不同钻压、切削面积、切削速度和切削齿后倾角条件下对不同性质的岩石进行钻进试验,通过对试验数据的多元非线性回归分析,建立新的PDC切削齿与岩石相互作用模型。结果表明:切削面积是影响切削齿受力的主要因素;切削齿受力随切削面积、切削齿后倾角和岩石可钻性级值的增大而增大;切削齿受力与切削速度呈对数关系。     

铝合金6061微尺度铣削的铣削力仿真与实验研究

采用有限元仿真和单因素实验相结合的方法,研究了铝合金6061微尺度铣削的铣削力影响因素.建立了刀具和工件的三维模型并对其进行装配和网格划分,通过有限元仿真模拟了铝合金6061材料的微尺度铣削过程,得到了铣削速度和铣削深度对铣削力的影响规律,并进行了单因素实验研究.结果表明:随着主轴转速的不断增大,铣削力先增大后减小,转折点为24000r/min;随着铣削深度的不断增大,铣削力先增大后减小再增大,转折点为10μm和12μm;随着进给速度的不断增大,铣削力也不断增大.优选出铝合金6061材料微尺度铣削最优工艺参数组合为:主轴转速48000r/min,铣削深度5μm,进给速度20μm/s.     

基于Oxley''s理论的300M钢正交切削加工变量的预测

为获得300M钢正交切削加工过程变量,通过以Oxley's解析加工预测理论为基础,利用Labview软件编写正交切削仿真算法,并开发正交切削仿真模块,依据300M钢的仿真结果分析不同切削参数对剪切角、切削力、切削温度、应力和切削厚度等加工变量的影响规律,并验证了正交切削仿真模块的准确性.结果表明:随切削参数的变化,剪切面长度与主剪切区厚度的比值在6～7变化,剪切角在20°～30°变化;主切削力、进给力和切屑厚度均随主轴转速的增加而下降,随进给量的增加而上升;主轴转速及进给量的变化对剪切区的温度和流动应力影响较小,但刀-屑接触区的温度随主轴转速、进给量的增加而上升,刀-屑接触区的流动应力随主轴转速、进给量的增加而下降,且正交切削仿真模块的仿真结果与试验结果更吻合.     

基于3D模型的螺纹铣削加工仿真有限元分析

螺纹铣削作为一种先进的螺纹加工方法,研究其加工过程中切削力和切削温度的变化规律对提高刀具使用寿命及被加工表面质量具有重要的现实意义。以某可转位螺纹铣刀铣削加工45#钢为研究对象,在三维设计软件Pro/e中建立刀具三维实体模型,并导入金属切削工艺有限元软件AdvantEdge中进行铣削加工模拟仿真,得到加工过程中切削力和温度随时间的变化关系,对比分析了不同进给量的选择对切削力和切削温度的影响,分析结果为实际螺纹铣削加工及其进给量的选择提供参考。     

Cutting Characteristics of Force Controllable Milling Head

In order to control cutting force and its direction i n milling operation, a new milling head was developed. The head has two milling cutters, which are connected by a pair of gears and rotate in opposite direction respectively. Both up-cut and down-cut can be carried out simultaneously by t hese milling cutters. The each depth of cut, the ratio of up/down cutting depth , by these cutters can be also selected. The cutting force characteristics were experimentally discussed by changing the ratio. The cut...     

冰层回转钻进冰屑温度计算及影响因素分析

为了分析冰层回转切削钻进时冰屑温度的变化规律,借鉴金属切削理论,建立了切削温度计算模型,对钻压、转速、切削具刃前角、切削具切入冰层深度、冰与切削具之间的摩擦系数、冰的抗剪强度以及切削具导热系数等因素对切削温度的影响规律进行了研究.结果表明,上述参数对切削温度均有一定的影响,其中摩擦系数对冰屑的温升影响最大,当摩擦系数增大到0.3时,冰屑的温升可高达9.11℃.钻头转速以及切削具刃前角对冰屑温升也有较大的影响,当钻头转速由30 r/min增大到130 r/min时,冰屑的温升由2.35℃增大到4.35℃;切削具刃前角由15°增大到75°时,冰屑的温升由3.48℃降低到2.42℃.