立铣刀切削力模型的时域特性研究

根据铣刀刀齿渐进磨损过程中切削力信号的变化特点,分析了x和y方向瞬时切削力、每转平均切削力与刀齿后刀面磨损带面积间模型的时域统计特性,提取了反映刀具磨损状态的时域统计特征参数;并根据所设计的实验方案进行了相关的实验研究.     

SPH法数值仿真三维切削破岩和切削力估算

以Mohr-Coulomb模型描述岩石,在LS-DYNA中用SPH(Smootheed Particle Hydrodynamics)法模拟三维刀齿切削破岩,探讨切削参数和岩石性质对切削力的影响.基于切削力随各切削参数和岩石性质的变化规律,建立切削力估算公式.用所得公式计算切削力,并与实验值进行比较.仿真结果表明:切削厚度、切削前角、切削宽度、岩石的内聚力和内摩擦角对切削力影响显著,切削速度在较低范围内变化时对切削力影响非常小.三维切削仿真能够较好地反映刀齿两侧岩石颗粒对切削的影响,比二维理论模型更接近实际.所得切削力估算公式能准确计算仿真中的平均切向力,且其计算值能与实验吻合较好.验证了基于SPH法的数值仿真用于研究刀齿切削破岩的可靠性.     

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.     

基于小波重构的钻头磨损切削力特征提取

采用小波分析对钻头不同磨损状态的切削力信号进行分解与重构处理,获得了切削力信号在不同频段的时域变化特征,并分析了各个频段重构信号的方差随钻头磨损的变化规律,实验结果表明,采用小波分析技术可有效地实现钻头磨损特征信息提取,且提取的信息特征对钻头磨损状态的变化十分敏感。     

PDC磨损齿切削破岩过程的实验研究

为探究深部钻井PDC钻头切削齿在磨损状态下的切削破岩过程,选取深部钻井PDC钻头上不同磨损程度的PDC齿开展单齿切削实验,借助应力测试系统、高速摄影机和热红外成像仪分析磨损齿的受力状态、温度变化规律以及岩石裂纹扩展过程。结果表明,与未磨损齿相比,磨损齿所受切削力更大、温度变化更明显,且更易产生大体积岩屑,这将导致钻头在井下振动加剧,磨损急剧加快,严重影响其使用寿命;切削花岗岩时切削力和温度大幅上升的问题更加突出,但更容易发生体积破碎,产生较大块的块状岩屑。研究成果将有助于重新认识真实井底磨损齿切削破岩及温度变化规律,并为钻头设计及井下寿命评估提供重要参考。     

铣刀磨损过程中铣削力与磨损面积分析

研究了三刃立铣刀磨损过程中切削力与刀具后刀面磨损带中部密度,磨损面积,刀具副后刀面磨损宽和磨损面积之间的关系。实验结果表明：铣刀磨损过程中,铣刀每转切削力均值,每切削刃切削力均值的变化曲线与车刀的典型磨损过程曲线相似,铣刀后刀面磨损面积比ＶＢ更真实地反映铣刀的磨损状态,可根据ｘ方向的切削力标准偏差与其均值的比值判断刀具的磨损。     

铣刀磨损过程中铣削力与磨损面积分析

研究了三刃立铣刀磨损过程中切削力与刀具后刀面磨损带中部宽度（VB）、磨损面积、刀具副后刀面磨损带宽和磨损面积之间的关系．实验结果表明：铣刀磨损过程中,铣刀每转切削力均值、每切削刃切削力均值的变化曲线与车刀的典型磨损过程曲线相似,铣刀后刀面磨损面积比VB更真实地反映铣刀的磨损状态,可根据x方向的切削力标准偏差与其均值的比值判断刀具的磨损．     

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.     

两种剃齿刀刀齿的有限元计算

本文用有限单元法不仅较准确地计算出标准剃齿刀和迭片剃齿刀在剃齿过程中刀齿的位移值(即变形量),特别重要的是用此法可以计算出沿全齿高的变形分布情况。从计算得知两种刀齿在同样载荷(切削力)作用下,迭片剃齿刀的刀齿刚度较标准刀齿的大3～4倍;迭片刀齿的变形分布乃由齿顶到齿根逐渐平缓地减小,而标准位刀齿的变形幅度却很大。这些结论都为进一步完善迭片剃齿刀的设计和使用提供了理论依据。     

超高速铣削刀具的磨损机理

应用有限元法分析了超高速铣削刀具刀齿的受力和应力，并分析了超高速铣削刀具的热传导特点，根据刀具的受力和热作用分析表明，超高速铣削时最大主应力产生在刀具内周边处，且刀齿的受热过程为一个持续时间极短的热脉冲过程。在此基础上，讨论了超高速铣削刀具的磨损形式和过程．刀具的磨损形式主要有由机械摩擦引起的磨粒磨损、热脉冲应力和力脉冲应力引起的疲劳断裂及粘结磨损，并在刀齿根部产生最终断裂。     

“对角线”滚齿机

齿轮加工机床中,滚齿机占有很大的比重,提高滚齿机的生产率,在国民经济中具有重大的意义。滚齿机的生产率,多受滚刀耐用度的限制,因此提高滚刀的耐用度是齿轮制造中的迫切任务。 滚铣齿轮过程中,滚刀上参加切削的刀齿不多。而且刀齿的负荷及磨损极不均匀。(图1a)滚刀的耐用度决定于其中磨损最大的一个齿。充分利用滚刀全部刀齿的切削刀和使刀齿负荷均匀分配,是提高滚刀耐用度的重要途径。     

不同形状的表面织构刀具仿真车削 Inconel 718 合金研究

目的 针对目前车削 Inconel 718 镍基高温合金主要面临的可加工性差和刀具磨损两个问题,提出表面微织 构技术进行刀具设计与制备。 方法 首先建立微织构刀具的理论刀-屑接触长度模型,其次,利用理论刀-屑接触长 度模型,建立表面织构刀具切削力的理论模型以及切削热的理论模型;最后,根据理论刀-屑接触长度的变化规律, 对微织构刀具的切削力、切削温度进行理论分析,并最终建立有限元仿真模型。 结果 通过有限元仿真结果表明微 织构刀具比硬质合金刀具的车削性能要好。 结论 与硬质合金刀具的切削力对比,微织构刀具的三向切削力均偏 小;且轴向力、径向力在一定范围内波动,主切削力呈增长趋势。 与硬质合金刀具的切削温度对比,微织构刀具可 以降低切削过程中切削热,且圆形微织构刀具是 3 种微织构刀具中切削温度最低的;与硬质合金刀具对比,表面微 织构可以降低刀具表面磨损问题,减少刀具与切屑的挤压作用和摩擦作用,且不同形状的表面织构产生的磨损深 度不同。     

影响涂层硬质合金刀具切削性能微观因素研究

通过切削奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的试验,借助扫描电镜、电子探针仪观察了两种涂层硬质合金刀具磨损形态、断口形貌,对磨损微区、刀具断口进行了能谱及成分分析.试验及分析结果表明:采用相同切削参数时,GC2025刀具的切削力比YBC251刀具小;GC2025刀具寿命显著高于YBC251刀具;YBC251刀具的磨损、破损...     

截齿截割阻力的实测方法及其结果分析

为了防止截齿过度磨损造成截割工况的恶化,对刀形齿、镐形齿的截割阻力波形、概率密度、频谱等曲线以及两种齿形的实验数据进行对比分析.结果表明:在截割阻力相同的情况下,镐形齿具有不易被击碎、齿耗低、耐磨等优点,其综合性能优于刀形齿.     

基于改进人工蜂群算法和极限学习机的刀具磨损监测

为了提高机械切削加工中刀具磨损量的实时监测精度,运用极限学习机建立刀具磨损监测模型,提出一种引入虚拟蜂的改进人工蜂群算法,对极限学习机随机产生的输入层权值和隐含层阈值进行优化。采用时域分析和经验模态分解,提取铣削加工中的切削力信号、振动信号以及声发射信号的时域特征和内禀模态能量比,从中选出对刀具磨损敏感的特征作为监测特征。利用建立的监测模型计算得到刀具磨损值,实验结果表明,优化后的极限学习机能够准确地预测刀具磨损值,且具有更简单的网络结构,同时改进后的蜂群算法也表现出了更好的寻优能力。     

基于后刀面磨损带面积的铣刀磨损模型的建立

鉴于后刀面磨损带面积（AB)可以作为衡量刀具磨损程度的一个指标,以此为据建立了作用在小直径螺旋立铣刀后刀面瞬时切削力和平均切削力与AB间的数学模型,使用不同的切削参数进行了多次实验,计算出模型的特征常数,并进行了模型的实验验证,为用切削力监测铣刀状态提供了理论依据。     

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。     

行星齿轮传动的齿面动态磨损特性

针对动态载荷下行星齿轮传动系统齿面磨损问题,考虑了时变啮合刚度和齿廓磨损误差激励的影响,应用势能法求解齿廓磨损情况下的齿轮副啮合刚度,采用集中参数法建立了平移-扭转多自由度齿轮动力学模型,通过Newmar k-β时域积分法求解动态啮合力,基于变形协调原理确定齿间载荷分配系数,依据赫兹接触理论确定齿面接触压力分布,采用有限元方法等转角度离散齿面,基于Archard磨损公式建立了行星齿轮传动系统动态磨损数值仿真模型。通过算例,分析了不同磨损程度的啮合齿面接触压力分布,探讨了负载转矩和磨损次数对磨损的影响以及磨损深度与齿轮系统啮合刚度间的关系。仿真结果表明:磨损后双齿啮合区齿面压力呈"∧"形分布;磨损速率与负载转矩呈正比映射关系,与磨损次数呈指数映射关系;啮合刚度与最大磨损深度呈一次函数关系。该研究结果对行星齿轮传动系统的齿廓修形设计及减磨延寿具有一定的参考意义。     

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.     

基于材料损伤演化的钛合金螺旋铣孔切削力仿真模型

切削力仿真是降低实验验证成本、优化工艺参数的有效途径,但是螺旋铣孔为偏心加工,切削力仿真时材料损伤过程难以描述且网格畸变严重,大大局限了仿真预测的应用.通过引入物理分离准则,将断裂能演化方式定义为指数演化方式,确定断裂能参数为44 350 N/m,结合加工周期内轴向和切向进给量取值范围,优化网格划分参数,最终通过ABAQUS软件实现了四齿立铣刀螺旋铣孔稳定加工阶段中单位公转周期的三维有限元模型构建.结果表明,断裂能的演化方式和网格划分参数的合理选取能够有效提高切削力仿真模型的准确性,螺旋铣孔轴向切削力和切向切削力的平均预测值为实验值的91.7%和92%,且最大误差不超过9%.模型在不同齿数(单齿、两齿、三齿、四齿)、相同几何结构立铣刀的螺旋铣孔切削力仿真中亦体现出较强的可扩展性.