应用统计方法综合优化切削加工参数

本文首先分析了传统的切削用量优化方法的不足。接着从切削过程是一动态过程出发,分析了刀具磨损的变化对切削用量选取的影响,决定采用切削速度、进给量、切削深度、刀具磨损限度作为设计变量,从而使切削用量的选择与刀具寿命、刀具磨损限度的制定统一起来。从切削过程是一随机过程出发,推导了适合于切削加工参数优化的统计优化方法。用随机目标函数的数学期望和标准差的组合构成统计优化的目标函数,用随机约束规划处理约束条件,并编制了网格法优化计算程序。最后,对GCr15轴承环车削加工的切削加工参数进行了优化计算。     

切削用量对车削TC4钛合金切削力的影响研究

TC4钛合金在切削加工时,切削用量的选择直接影响着切削力的大小、刀具的磨损程度、切削温度的变化等一系列问题,不合理的切削用量会导致切削力和加工成本增大,加工质量降低。因此,系统研究钛合金材料切削时切削用量对切削力的影响规律,进而优化选择切削用量对于提高加工效率、控制加工质量具有重要意义。借助于Deform-3D软件仿真分析了切削用量对切削力的影响规律,在切削用量的三个参数中,切削速度对切削力的影响最小,背吃刀量和进给量对切削力的影响较大,综合考虑加工效率和加工质量,车削TC4钛合金时应选择相对较高的切削速度、较低进给量和较小背吃刀量。     

PCBN硬态切削粉末冶金气门座圈的试验研究

为了提高粉末冶金气门座圈实际加工中的加工表面质量和刀具寿命,需要研究聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬态切削时切削参数对切削力的影响规律。文章通过正交试验设计,建立了PCBN刀具硬态切削粉末冶金气门座圈切削力的经验公式,并研究了切削用量对切削力的影响。试验结果表明:PCBN刀具硬态切削粉末冶金气门座圈时,刀尖圆弧半径和负倒棱导致径向力相对较大;切削参数中切削深度和进给量对切削力的影响较大,切削速度的影响相对较小;切削V581过程中,主切削力随着切削速度的增加而有所下降;实际加工中应选用较小的切削深度和进给量、较高的切削速度,以提高加工表面质量和刀具寿命。     

多齿刀具制造铜纤维的表面形貌成形研究

金属纤维是一种新型多用途工程材料.利用多齿刀具在普通卧式车床上加工出了连续铜纤维,通过与拉拔法生产的铜纤维SEM观察对比,发现多齿刀具制造的铜纤维具有粗糙的茸状形貌表面结构特点.并应用切削试验对比了采用不同切削用量时铜纤维的表面形貌,研究了切削用量对于铜纤维的表面形貌的影响规律.实验结果表明切削速度对于铜纤维的表面形貌影响最大,背吃刀量和进给量影响较小.因此为获得具有茸状形貌表面结构特点的连续铜纤维,应该选择较小的切削速度,并根据当量直径的要求,选择合适的背吃刀量和进给量.     

工艺参数对切削-挤压过程影响规律的研究

采用切削-挤压成形技术进行整体翅片的加工。简述了切削-挤压成形的原理,分析了有利于翅片形成的刀具结构;通过实验研究了一定刀具结构和切削速度下,保证翅片有效成形的切削深度与进给量间相互影响关系,以及切削层宽度与切削层厚度对于翅尖形状的影响;利用建立的切削-挤压力测试系统,根据实验结果获得了切削-挤压力与切削用量间的经验公式。可以为合理选择工艺参数以获得理想翅片形状和尺寸提供理论依据。     

一种基于利润率模型的刀具综合评价与筛选方法

提出了兼顾各刀具在加工同一材料时匹配各自的最佳加工参数的单元利润率模型的刀具综合评价和筛选方法,并将该方法应用到了难加工材料钛合金Ti-1023的切削刀具的评价与筛选中,取得了理想的筛选结果. 具体方法是:首先通过切削力等约束条件,实验确定样本刀具铣削钛合金Ti-1023时相匹配的最佳进给量、切削深度和切削宽度等切削参数,其次通过变速法实验确定最佳切削速度,进而得到各刀具耐用度和材料切除率,最后计算出利润率值并进行刀具的评价和筛选. 运用该方法在切削钛合金Ti-1023的4种刀具中筛选出最适合的S30刀具,也得到了各刀具在切削Ti-1023材料时匹配最佳的铣削参数.      

纯铁切屑形成特征及影响因素研究

采用正交切削试验,研究了纯铁材料在不同切削速度下切屑形成特征及变形机理,开展了刀具前角、切削用量、冷却润滑方式等切削工艺参数对纯铁切屑变形规律的影响试验.结果表明,纯铁切屑呈现显著的剪切滑移变形特征,切削工艺参数仅对切屑中晶粒的变形程度产生影响;低速切削时切屑在前刀面上具有"滑-停-滑"现象,晶粒破碎严重,而高速时停留现象减小甚至消失,晶粒呈拉伸状变形;随着切削速度和刀具前角的增加,切削力、切屑变形系数显著减小,切削力则随进给量的增加而增加,但切屑变形系数则呈减小趋势;相同切削用量时,水冷方式下切削力和切屑变形系数最小,而干切时最大.试验结果对纯铁材料选择合适的工艺参数以改善其加工性能具有重要的参考意义.     

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.     

超高强度钢高速切削工艺参数优化

针对超高强度钢高速铣削过程中刀具磨损严重的问题,采用金属陶瓷刀具对超高强度钢进行高速铣削试验,从而建立刀具磨损速率的预测模型.以切削速度、进给量和轴向切深3个切削工艺参数作为设计变量,以刀具磨损速率最小和切削效率最高作为优化目标,基于遗传算法对切削工艺参数进行优化,获得了最优切削工艺参数组合.     

钛合金铣削加工的切屑形态仿真及实验研究

为改善钛合金TC4可加工性、降低刀具磨损、提高工件表面质量,探寻刀具前角及切削速度的变化对切削力和切削温度的影响规律。通过改变刀具前角和切削速度,采用AdvantEdge FEM软件和单因素实验方法对钛合金TC4切屑的形成过程进行二维模拟,研究锯齿形切屑的形成机理。仿真与实验结果表明:随着刀具前角增大,切屑的锯齿化程度降低,切削力和切削温度呈下降趋势;随着切削速度的增大,切削力呈缓慢下降趋势,而切削温度呈明显上升趋势。该研究验证了仿真的可行性,为优化铣削钛合金TC4刀具几何参数及切削用量的合理选择提供了参考依据。     

多齿刀具制造铜纤维时表面形貌的成形

为获得表面粗糙程度不同的铜纤维,利用多齿刀具在普通卧式车床上加工出了连续铜纤维.将其与拉拔法生产的铜纤维进行扫描电镜观察对比,发现前者具有粗糙的茸状形貌.通过切削试验对比了不同切削用量时铜纤维的表面形貌,研究了切削用量对铜纤维表面形貌的影响规律.实验结果表明:切削速度对铜纤维的表面形貌影响最大,背吃刀量和进给量的影响较小.因此,为获得具有茸状形貌的连续铜纤维,应该选择较小的切削速度,并根据当量直径的要求选择合适的背吃刀量和进给量.     

低频振动切削对加工表面影响的机理研究

为了深入研究振动切削中各因素对加工表面的影响,建立了低频振动切削实验系统.采用计算机控制的压电陶瓷为驱动元件的微驱动刀架作为振动源,对刀尖振动的幅值与输出电压之间的关系进行测量和标定,从而对振动切削的振幅进行修正;进行相同刀具几何参数条件下的低频振动切削实验和普通切削实验,得出不同的振动频率及切削速度对加工表面的影响,并与相同切削用量条件下普通切削实验相比较,在切削速度v满足v     

基于模糊神经网络的刀具磨损识别

为了实现刀具磨损状态的自动识别，采用机床功率法进行了刀具自然磨损和不同切削参数（切削速度、进给量和切削深度）对功率信号影响的实验。在此基础上，建立了功率信号的时序AR模型。在提取作为刀具磨损特征量的AR模型参数时，考虑了切削用量对模型参数的影响，提出了特征量选取的准则，使所提取的特征量更加实用化，通过具体自学习和良好函数逼近能力的神经网络获得了特征量对刀具状态的隶属函数，并利用模糊神经网Fuzzy ART实现了刀具磨损状态的自动识别，识别正确率为95%，说明所提出的方法是有效可行的。     

数控车削中切削用量的多目标优化

切削用量参数的选择与数控机床保质、高效地运行密切相关,而传统方法很难达到切削用量参数优化的目的．为最大限度地发挥数控机床的功效,通过应用优化设计中的惩罚函数法,综合考虑切削过程中的主要约束条件,建立多目标优化模型,进行切削用量中的切削速度、进给量的优化设计．实例表明,采用优化后的切削参数进行加工,能明显地降低成本,提高效率．     

NM360高强度材料钻削参数的研究

采用硬质合金（YG8）刀具对高强度钢NM360进行了钻削试验,从切削参数和刀具角度方面开展难加工材料切削性能研究,通过对比切削力和扭矩,以及分析金属切削机理等因素分析,经研究发现在钻床的工作条件内,该刀具的最佳切削用量为转速n为1 120mm/r,进给量f为0.03mm/r时,最佳刃口楔角βf为77°。     

车削氟金云母陶瓷脆性破碎机理及表面粗糙度模型

基于脆性断裂力学和刀具-工件干涉原理,研究氟金云母陶瓷脆性破碎机理及表面成形机制,预测了脆性材料车削中的裂纹扩展角度与深度;建立氟金云母陶瓷车削表面粗糙度理论模型,用以评价精密车削陶瓷表面质量并提高加工效率.脆性材料车削表面粗糙度由几何干涉粗糙度和脆性崩碎粗糙度构成.刀具几何形状和进给量主要影响几何干涉粗糙度,工件力学性能、切削速度、切削深度和切削力主要影响脆性崩碎粗糙度.验证实验结果表明,氟金云母陶瓷车削表面粗糙度随切削速度的增大而减小,随进给量或切削深度的增大而增大.本模型的理论预测值与实验结果趋势一致,与传统的几何模型相比更接近实验值.     

医用钛合金Ti-6Al-4V切削参数优化试验研究

以医用钛合金Ti-6Al-4V车削加工性为研究目的,以提高切削刀具的耐用度作为研究目标,在分析医用钛合金Ti6Al-4V材料特性的基础上,从刀具材料、刀具几何参数、切削用量等方面进行了试验研究,实现了切削刀具的合理选用及切削用量的优化选择,为实现切削参数的在线优化奠定基础.     

具有自学习功能的车削专家系统的研究

针对传统金属切削数据库中数据冗余、知识贫乏、切削参数与实际切削加工条件结合不紧密等问题,研究开发了一个具有自学习功能的硬质合金车削专家系统.该系统采用切削实验得出的浓缩型数学模型方式存储切削用量数据,利用自学习功能对切削数学模型进行修正,可以推荐合理优化的刀具、切削速度和刀具寿命等加工参数,预测加工质量、金属去除率等.     

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。     

耐用度服从三参数Weibull分布的机床刀具在变加工条件下的可靠性评估

为了满足工件不同的粗、精加工和表面质量等加工工艺要求,同一把刀具除切削速度、进给量、切削深度等切削用量不断变化外,加工部位及零部件类型亦不断变化,即刀具的加工条件并非恒定不变。为了评估变加工条件下刀具的可靠性,在分析两参数Weibull分布等单一统计分布概率模型的基础上,综合考虑切削用量等物理因素对刀具使用寿命及可靠性的影响,并结合刀具寿命大于某一阈值的工程事实,应用Cox比例危险模型,建立了基于三参数Weibull分布的Cox比例危险模型。利用Nelson累积失效原理,给出了切削刀具在变加工条件下的各种加工时间在同一加工条件下的当量时间,解决了变加工条件下刀具加工时间的折合问题。结合贝叶斯仿真模型参数估计方法,揭示了刀具在变加工条件下的可靠度和故障率的变化规律,为更换不合格刀具提供了理论依据。实际案例分析结果显示,刀具可靠度及故障率函数均为分段函数,前者为分段连续单调递减,后者因受切削用量的影响,表现为分段不连续单调递增,且在不同加工条件时间分界点突变上跳或下跳。