初探“提高数控机床车削薄壁零件的加工精度”

一、影响薄壁零件加工精度的因素 1．易受力变形：因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度；（如图1所示）     

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...     

薄壁连接轴的工艺研究

薄壁连接轴在结构上突出特点为薄壁、刚性差,加工过程中易变形。该件材料为难加工材料,可切削性差,在加工过程中极易积累较大机加应力,增大工件的变形量。同时各尺寸公差和技术条件要求严格,加工难以保证。由于该件要求喷丸,并且在喷丸后工件的变形量无法预测,所以需要制定合理的加工路线及加工方法,设计专用减少变形的车床夹具,选择恰当的刀具和加工参数,用以减少工件的变形,保证工件的加工质量。     

微小薄壁变形预测的迭代有限元法

将迭代有限元法引入微小薄壁铣削中,建立了变形量的预测模型,预测了不同径向切削深度、不同薄壁厚度时的铣削变形量大小,通过试验加工和Deform-3D仿真对模型进行了验证.结果表明:迭代有限元变形预测值与试验加工变形量较为接近;加工后的薄壁残余厚度大于理想状况下的加工厚度;最大变形量随壁厚的增大先保持最大值然后逐渐减小至0;薄壁厚度应当与切削参数相协调,调整工件刚度与切削力大小相适应,否则会导致变形量过大.     

薄壁件网格铣削加工工艺研究

针对壁板类薄壁件网格加工时易发生加工变形、导致工件加工精度降低的问题,借助多头筒段镜像铣削设备,采用一种基于超声波测厚的薄壁件自动补偿加工方法,在300~3 000 mm/min速度范围内对聚晶金刚石刀具高速铣削7075铝合金壁板网格的加工方案进行了研究.通过仿真和试验加工,结果表明,此加工方案能把壁板网格加工厚度误差控制在0~0.06 mm范围内.     

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.     

大型薄壁件的多点支承/定位方法研究

为了解析工件的加工变形与其多支承/定位点布局之间的内在关联,提出了一种新颖的多点支承/定位布局优化方法。利用有限差分方法表征加工变形敏感度的思路,建立了工件加工变形对于支承/定位点布局的解析敏感度表达式,沿减小加工变形最敏感的方向调整支承/定位点分布,可以有效抑制工件加工变形、改善工艺系统刚度。以常见的大型薄壁件的多点支承/定位为研究案例,使用提出的方法对其多支承/定位点初始布局进行了搜索,以此作为全局优化初值,并对优化后的工件加工轨迹变形计算结果进行了比对,结果表明,工件最大加工变形被控制在0.669 4 mm内,相对优化前的1.022mm减小了34.5%,由此验证了该优化方法的正确性与合理性,并且为多支承/定位点布局优化的创新思维模式提供了理论指导。     

大型薄壁件多点定位的初始布局优化算法研究

为了抑制大型薄壁件加工过程中传统"N-2-1"定位原理的支承/定位能力局部失效的现象,以满足工件夹紧力和外形定位精度为目标,并基于支承/定位资源约束,提出了跟随加工区域布置定位点的"X-2-1"多点支承/定位方法,该方法不仅能保证工件加工过程中的夹持可靠性,而且能实现对工件不同加工区域定位误差有针对性的重点防控。实验结果表明:使用该方法计算得到的工件最大定位误差小于0.2mm,远远优于传统均布支承/定位点在相同实验条件下实验件0.8mm的最大定位误差,从而抑制了工件外形定位误差对加工质量的扰动。提出的支承/定位点初始布局方案可为进一步的全局优化,并以此控制工件加工变形、提高工艺系统刚度,最终改善加工质量奠定基础。     

铝合金薄壁铸件壳体机加工工艺研究

铝合金薄壁铸件壳体在航空、航天等领域有着广泛的应用,其加工性能好,但结构复杂、硬度低、刚性差、加工时易变形、加工质量难以控制,因此铝合金薄壁壳体的加工一直是机械加工的一个难点。为解决这些问题,首先对残余应力、刀具角度、工件装夹、零件材料这些影响其变形的主要因素进行简要说明和分析;然后针对这些变形因素,提出加工工艺要求。主要包括:对加工刀具及其轨迹进行优化,以提高加工效率改善加工质量,选则合适的刀具材料,增大刀具前角、后角,减少切削时刀具与工件之间产生的摩擦力及切削应力;利用辅助设施、分序过程的间隙进行应力适放以减少加工过程造成的变形;卡具的优化,与零件面接触、受力均匀、避免变形;精车三要素切削深度、速度、走刀量的限定。采用以上工艺加工,可有效减少铝合金薄壁壳体变形,从而满足设计要求。     

薄壁零件车削加工的工艺方案

通用加工工艺在数控车床上加工薄壁零件,加工精度是比较难控制的。原因是薄壁零件刚性差、强度低,在加工中极容易变形,使零件的形位误差增大。加工中需要解决的主要问题是控制和减小变形,同时提高切削效率,缩短加工周期。其加工工艺需要从工件装夹、切削用量、刀具几何角度选用等多方面进行优化。因此对薄壁零件的装夹、刀具的合理选用、切削用量的选择等进行探讨和分析。     

冲击载荷下颗粒碰撞的SPH法数值模拟

颗粒高速碰撞问题是冲击动力学领域中的一个重要研究方向。本文利用SPH无网格方法,建立了三层10颗粒SPH质点模型,对冲击载荷作用下无氧铜颗粒高速碰撞过程进行了二维数值模拟,得到了四种不同冲击速度下的颗粒变形结果。对结果对比分析后发现,对于直径为1 mm的铜颗粒,只有当冲击速度达到300 m/s时颗粒碰撞才会形成射流及侵彻,射流速度约为1500 m/s。研究结果表明射流的形成是颗粒高速碰撞形成牢固结合的重要条件。     

网格对混凝土侵彻数值模拟的影响

研究动能弹侵彻混凝土类问题的数值模拟计算中,网格单元尺寸的划分对计算结果的影响规律,找出合理的网格尺寸取值范围.应用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D,对57 mm口径尖头弹丸以300 m/s着速垂直侵彻直径1.6 m,厚1 m的混凝土靶板进行仿真计算,得到了靶板不同计算网格尺寸条件下的侵彻深度、侵彻过载以及损伤区数据.通过对比分析确定,为得到比较理想的计算结果,弹丸半径和网格边长的比值λ应该在6.0左右取值.     

浅埋土岩复合段隧道冒顶分析与防治

通过对正习高速公路隧道浅埋段开挖过程中坍塌冒顶事件进行分析,提出冒顶处治措施,并建立隧道风化残积深度处于拱顶以及拱顶以下1 m的数值模型,进行无超前支护不同开挖步距的变形特征数值试验,试验表明无超前支护情况下即使采用上下台阶法对隧道进行开挖0.6 m,拱顶的围岩变形最大仍达到3.578、4.789 mm,隧道拱顶残积体对隧道开挖后续支护作业产生较大安全风险。在风化残积深度处于拱顶以下1 m时,原设计小导管纵向间距由2.4 m调整为0.6 m后,开挖0.6 m的拱顶最大变形由2.348 mm降低至1.747 mm,结合现场坍塌冒顶事件,为确保后续隧道浅埋土岩复合段落施工安全,提出了冒顶防治措施并在隧道开挖施工中取得良好的效果。     

西安地铁某车站深基坑开挖变形特性分析

为了确保基坑开挖中周边环境的安全,以西安地铁某车站深基坑开挖为例,运用ABAQUS软件建立三维模型模拟开挖对周边地表沉降和围护结构变形的影响,重点研究开挖中周边地表的沉降分布规律和围护结构变形的规律,并与现场实际监测数据进行对比分析。结果表明：地表沉降的实测值比模拟计算值大,但变化趋势基本一致;在基坑开挖过程中,地表最大沉降位置距离基坑边缘约11 m处,最大值为3.298 mm;围护结构水平变形沿开挖深度的变化曲线呈抛物线形,最大水平位移位于基坑最大开挖深度的 1/2 处,最大水平位移为11.05 mm,距基坑长边边缘0~25 m及短边边边缘0~22 m范围内的地表沉降最大,施工监测中应重点关注。     

基于微平面模型和正则化的脆性岩石损伤破裂模拟方法

为解决有限元计算在模拟脆性岩石损伤过程方面的网格依赖性问题,本文基于微平面模型和正则化方法建立了改进的微平面损伤模型,将单轴压缩条件下的岩石实验结果与数值模型进行了对比.引入不同非均质系数对三点弯曲岩石试样的损伤发展进行模拟,结果表明非均质系数越高损伤区域越集中.此外,通过引入高阶梯度正则化方法对不同特征长度的三点弯曲实验进行数值模拟.特征长度为1mm时,在不同网格尺寸下的正则化微平面模型的损伤演化结果基本相同,而没有采用正则化方法的微平面损伤模型在不同网格尺寸下出现明显的网格依赖性.最后,通过对比普通模型和正则化模型的载荷-位移曲线,发现网格密度对采用高阶梯度正则化后的微平面损伤模型损伤演化影响较低.     

保细节的基于曲面控制的网格变形

综合考虑微分域网格编辑方法在细节特征保持方面的优势以及细分曲面的任意拓扑适应性,提出一种基于曲面控制的网格变形方法.以流形网格上的离散泊松方程为理论基础,在指定变形区域模型表面设计细分曲面作为变形控制曲面,并将对它的编辑操作映射为对变形区域网格的梯度场操纵,最后通过泊松重建得到变形后的网格模型.文中变形方法克服了传统参数样条曲面难以贴合任意拓扑物体外形的缺陷,可以有效保持物体的细节特征.     

数控转塔冲床床身有限元分析与优化

采用ANSYS软件对数控转塔冲床的床身进行有限元分析与计算,研究其在公称载荷下床身的应力与变形情况,将有限元计算结果与实验测试结果相比较,得到正确的有限元模型。在此基础上,对床身进行优化,分析床身主板厚度对转塔冲头位移与床身应力的影响,根据分析结果确定合适的主板厚度,减小冲头部分弯曲,减轻床身质量。     

软岩地质条件下浅埋隧道锚缩尺模型试验

为研究隧道锚的受力变形和锚碇承载特性等问题,在重庆几江长江大桥工程北岸现场开展1∶30缩尺模型试验。试验结果表明：从相似设计荷载240 kN 到1680 kN,双锚碇前锚面沿拉拔方向的最大位移平均值为0．020～0．808 mm,双锚碇前端上部地表岩体铅直方向的最大位移值为0．028～0．749 mm,双锚碇后端上部地表岩体铅直方向的最大位移值为0．014～0．645 mm;锚碇围岩破裂类型是拉剪复合型破坏;锚碇上方地表横桥方向参与抗拔作用的岩体范围约2～3 m,而沿锚碇轴向参与拉拔作用的岩体破坏区类似一个倒塞体形状;通过试验得到模型锚的可靠抗拉拔承载能力为1344 kN;模型锚在840 kN 下的流变趋于稳定,其长期安全系数为3．5。模型试验结果表明软岩地质条件下浅埋隧道锚具有较高的抗拉拔承载能力,证明此设计方案是可行的。     

天津LNG码头SBAS-InSAR时序形变及地面监测数据响应分析

为了查明油气重大基础设施中,由星载雷达干涉测量、地面GNSS形变监测、地下位移传感器监测和管道应力应变监测网络构成的星地一体化监测技术的有效性,本文采用SBAS-InSAR技术提取了天津LNG（Liquefied Natural Gas ）码头区域油气管线区域的长时间序列的地表形变数据,进一步分析了地面GNSS（全球导航定位系统）地表位移、多层深度位移计、管道应变传感器数据与同步的SBAS-InSAR地表形变量的数据响应关系,并进一步分析了雨-旱循环的时序变化规律。结果表明：2019年5月-2022年4月的3年间天津LNG码头区域非均匀沉降最为显著,最高达到-394mm;SBAS-InSAR的时序形变数据15-53mm的沉降形变,在GNSS中有9-57mm的地表位移响应,两者相关显著,具有良好的一致性;SBAS-InSAR地表形变变化特征与多层位移计在1m、2m和3m深的位移数据响应特征都与降水量关系密切,呈现显著的雨季-旱季波动特征,二者具有良好的同步性,说明SBAS-InSAR地表形变变化特征能够揭示地下土层的位移变化特征;SBAS-InSAR地表沉降量与地下管道应变呈正相关, SBAS-InSAR获取的地表形变是反映地下管线应变的良好指标。由星载雷达干涉测量、地面GNSS形变监测、地下位移传感器监测和管道应力应变监测网络构成的星地一体化监测数据的集成应用,能够为未来星地一体化的管道安全监测技术体系构建提供有益的借鉴。     

CAE技术在数控车削加工训练中的应用

介绍了CAE技术在数控车实践教学中的实际应用。对一数控车零件在切削时切削力对工件的变形进行了理论计算,给出了用CAE(Computer Aided Engineering)技术建立的实体模型和数控车加工程序(FANUC0i-TB)。