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J-C本构模型的2A12铝合金高速铣削特性研究

针对高速切削过程中切削参数选取优化问题,基于ABAQUS软件建立硬质合金刀具高速切削2A12铝合金有限元模型,通过仿真方法分析切削参数和刀具参数对切削力的影响,并进行铣削实验对仿真结果进行对比.误差在17%以内,验证了仿真模型的可用性.为高速铣削铝合金工件过程中,选择合理刀具几何参数与切削参数提供了理论依据.     

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.     

不同晶粒度45#钢超声辅助微铣削实验研究

超声辅助微铣削是在微铣削的加工过程中,对刀具或者工件施加一定频率和振幅的超声振动,改变材料去除机理,改善微铣削的加工特性.文中以45#钢为例研究晶粒度的大小对超声振动辅助微铣削结果的影响,对不同大小晶粒下45#钢进行了超声微铣削实验,分析材料晶粒度的大小对超声辅助微铣削实验结果的影响.通过改变微铣削工艺参数和超声振幅并进行正交实验,重点分析晶粒度的大小对铣削力,加工表面粗糙度和加工工件精度的影响.验证了在相同的工艺参数下微铣削过程中晶粒度较大的材料对应较小铣削力的结论,同时晶粒度较大的材料可以获得更好加工表面质量.      

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.     

微铣削力在高速微尺度加工中的实验研究与分析

对微铣削过程中微铣刀刀刃受到的微铣削力进行测量,并研究其特性和变化规律.从理论角度对螺旋立铣刀的受力机理进行重点分析.借助现有的微铣削实验平台,选择典型的工件材料并设计相应的实验方法.对加工不同材料工件的刀具所受到的微铣削力进行分析,获得了微铣削力的特征和变化规律.实验结果表明:刀具受到的微铣削力随着微铣削参量的变化而变化,其变化规律与加工工件的材料性能密切相关.微铣刀刃径、每齿进给量、轴向铣削深度和材料的晶粒尺寸是引起尺寸效应的主要因素.     

镜像铣加工过程中薄壁工件变形和振动的预测

镜像铣是大型薄壁工件加工的有效方法,在航空航天等重要领域有着广泛的应用.镜像铣加工过程中薄壁工件的变形和振动是影响加工精度的主要因素,如何准确预测镜像铣加工过程中薄壁工件的变形和振动是优化加工参数、提高加工精度的关键问题.本文基于金属切削原理并考虑了薄壁工件加工过程中的弯曲变形和铣削力相互作用,建立了铣削力预估模型.在此基础上,结合薄板小变形理论和有限元法,建立了考虑加工过程中材料去除和铣削力与支撑同步运动的薄壁工件镜像铣动态力学模型.通过仿真模拟,研究了支撑刚度、支撑阻尼、主轴转速和进给率对薄壁工件变形和振动的影响规律.结果表明,在镜像铣加工过程中薄壁工件的变形随着支承刚度的增加而减小,振动幅值随着支撑阻尼的增加而减小.最后,对6061铝合金薄板的镜像铣加工实验与本文建立模型的时域和频域信号进行了比较.振动数据采集点处的模型预测结果与实验相差小于5%,二者对比结果表明所建立的模型能够对薄壁工件加工过程中的变形和振动进行准确的预测.镜像铣加工相比于直接铣削加工,薄板加工点处的振动幅值从71.61μm减小到5.71μm,对比结果表明柔性支撑结构能够有效地减小加工过程中薄壁工件的振动.本文...     

立铣加工切削力和振动的计算机仿真与实验

在改进的非线性立铣加工铣削力数学模型和动力学方程基础上,采用变步长数值积分算法(四阶显式Runge-Kutta算法),建立动态铣削加工过程的计算机仿真模型.通过铣削加工动力学实验,对仿真模型输出的铣削力和铣削振动的时域特性预测精度进行验证,进一步对其频域特性进行分析.结果表明,该仿真模型作为高效低耗的研究平台,可较好地用于立铣加工铣削力与铣削振动的预估及其频域特性分析.     

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...     

球头铣刀加工钛合金零件的铣削力特性

在钛合金的铣削加工过程中,切削力特性将对零件的最终加工质量有重要的影响.对用球头铣刀铣削钛合金工件的切削力特性进行研究.首先建立了用球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的切削力数学模型,并通过编写程序求解得出了瞬时切削力及其变化规律;其次建立了球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的有限元仿真分析模型,获得了铣削过程中铣削区域的应力场、温度场等;最后设计并完成了切削力测试实验,将得到的实验数据进行了正交分析.结果表明切削参数对平均铣削力影响程度大小的顺序为:轴向切深、每齿进给量、径向切深和主轴转速.     

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.     

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．     

基于近似模型的机床铣削质量稳健性优化设计

在铣削加工优化设计过程中，设计变量的不确定性通常被忽略，这容易导致优化解违反优化设计约束条件.为此，本文基于近似模型方法，开展铣削参数的多目标稳健性优化设计研究.在该优化设计方法中，采用多项式响应面模型和径向基函数模型近似模拟铣削过程最大铣削力、铣削后工件表面粗糙度两目标函数与铣削线速度、每齿进给量两设计变量之间的隐式关系，采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法结合蒙特卡洛模拟方法对比分析了针对铣削参数的常规确定性优化以及考虑设计变量波动的稳健性优化.结果表明：稳健性优化后的铣削参数有效地降低了铣削加工过程中的铣削力，提高了加工后工件表面质量，同时优化解具有较高的可靠性.     

侧铣加工振动与表面轮廓形成

提出了一种准确在线测量铣削刀具和工件振动位移的方法;建立了考虑振动影响的侧铣表面微观形貌形成模型,并利用实测振动位移仿真了工件表面微观轮廓;研究了振动在工件表明轮廓形成中的作用.结果表明,文中提出的方法可有效在线测试切削振动,利用实测振动数据仿真获得的被加工面的微观形貌与实测结果相吻合,同时在给定的切削参数条件下,振动是微观轮廓形成的主要因素.     

薄壁石墨电极高速铣削加工工艺优化研究

本文针对石墨薄壁件在加工过程中易发生崩边崩角这一现象,以铣削加工为基础,研究石墨电极高速加工时刀具选择、切削参数选择等对切削力的影响规律,建立了最小切削力和最少加工时间的综合目标函数,求取了特定条件下石墨电极高速铣削加工时的最优切削参数组合.研究结果可为石墨电极的高速加工工艺提供理论参考.     

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.     

基于BP网络的注塑成型模具硬态高速铣削力研究

用AlTiN 涂层硬质合金立铣刀对4Cr5MoSiV1钢注塑成型模具进行硬态高速铣削,研究切削加工参数对切削力的影响;通过多因素法进行正交试验,利用改进的BP神经网络建立切削力的神经网络模型并对工艺参数进行优化,将网络预测结果与现场加工实践数据进行对比.研究结果表明:人工神经网络能准确地预测铣削力,模型具有较强的泛化能力和自适应能力;在高转速、小切深、合适的进给速度以及微量切削液状态下铣削力较小,为优化模具硬态铣削的切削参数并对其实际生产应用提供了较好的依据.     

虚拟制造技术在高速铣削加工中的应用研究

虚拟制造技术在高速铣削加工中的应用研究是一种新的方法。文章结合研究单位的应用实践,介绍了虚拟仿真系统的建立、NC程序仿真和切削参数优化,以及使用优化的NC程序进行典型零件高速铣削的成效。实践证明,两者有效地结合可以大幅度提高加工效率、改善加工质量及降低生产成本。     

7075铝合金薄壁件高速切削变形仿真分析

针对AL7075零件设计中会采用大量薄壁和翼缘结构,加工中如何控制因零件刚度较差而产生的变形非常关键.本文利用Advant Edge FEM有限元软件对AL7075高速切削过程中切削参数变化对工件的变形进行预测.以JC本构模型为基础,基于高速、拐角、切深和切削力的变化仿真对工件变形的位移量进行分析.设计的刀具模型添加了加工动态点,加工模型采用节点分析法,使薄壁变形建模中切削参数和部件的属性相关程度更好.此有限元仿真方法可用于预测薄壁部分的变形,亦可用于选择最佳工艺参数,以实现端铣工艺的稳定性.