立铣加工能耗分析及其参数优化策略研究

研究逆铣加工过程动态特性,建立其铣削微元单位瞬态切削力、刀具偏心和再生振动引起的切削厚度数学模型.基于再生振动机理和相位特性研究,完成立铣加工过程消耗能量分析.研究结果表明:当前后2次铣削波纹间相位差值为π/2和3π/2时,加工过程将分别趋向于最稳定和最不稳定的工作状态.基于此原理提出的加工过程主轴转速和刀具齿数优化选择策略可有效避免较大加工振动的出现.     

摆线铣开槽加工切削力分析

针对摆线铣开槽加工工艺,建立了从刀具接触工件到完成切削整个过程刀具与工件的接触角模型.在接触角模型的基础上利用微元法建立了立铣刀切削力模型,开展切削实验获取了切削力系数,并通过对比预测值与实测值,验证了切削力模型的正确性.最后对比分析了摆线铣和行切法在效率、主轴转速、切深相同的条件下,加工相同尺寸的槽,刀具的受力情况.结果表明：采用摆线铣加工方式,刀具和工件的平均接触角以及刀具所受的切削力都要明显小于行切法.所以使用摆线铣方式,加工过程更为稳定,刀具寿命更长,从而可以采用更高的进给和更大的切深来提高加工效率.     

立铣动力学系统模态参数辨识及实验

设计完整的铣削加工模态分析实验和动力学实验,完成铣削力和振动信号的采集和分析,并以刀具振动系统为例提出模态参数辨识计算方法.对比动力学实验测量和计算机仿真信号的时域幅值、功率谱特性可知:基于实验模态分析实现系统模态参数辨识技术路线可行,预测精度较高,可较好地应用于铣削力-振动等信号及其时域和频域特性的动态仿真.     

振动攻丝切削力及加工精度的研究

定性地分析了振动攻丝的运动机理和工艺系统动力学特性,指出脉冲状切削力是造成切削力均匀值大幅度降低和系统刚性增强的主要原因,根据振动攻丝基本原理,研制出具有振动攻丝功能的振动攻丝卡头,并利用该卡头对振动攻丝切削和螺纹加工精度进行了系统的实验研究,结果表明,采用振动攻丝,其切削力呈现出理想的波形化效果,切削力平均值为普通线的１／２－１／５,丝锥寿命显著提高,螺纹加工精度明显改善。     

平面端铣切削振动实验观察与计算机仿真

在切削试验和计算机仿真中观察分析铣削强迫振动与自激振动现象，通过比较试验，仿真以及前人研究结果，表明数字仿真可行，有优越性，分析了振动影响因素仿真确定稳定性极限产生误差的原因，发现机床模太参数影响远大于切削力特征值，证明建立多质量多自由度等效系统模型的必要。探讨了铣削振动消减措施。     

多齿端铣切削振动的计算机仿真

建立了多齿端铣切削过程动力学模型，开发了切削振动仿真的微机通用软件。数字仿真多齿端铣切削振动的结果，同他人实验结果和实际经验相符、同仿真单齿端铣切削振动的结果相似或互相衔接，表明模型的正确性、软件的实用性，指出多齿连续端铣时随着铣刀的齿数增加，切削强迫振动幅度减小，而稳定性极限铣削深度也随之降低，容易发生自激振动。     

端铣加工工件变形仿真预测方法研究

研究端铣加工变形的仿真预测方法.将理论计算与有限元方法相结合,提出采用加工过程离散与载荷等效的方法将瞬态铣削力和瞬态铣削热作为动态载荷施加于工件的有限元模型上,应用间接热-结构耦合场分析方法,模拟复杂工件的三维铣削加工过程.预测了工件在铣削力和铣削热作用下的变形情况.通过实例仿真及分析结果与实际加工情况的对比,验证了所提出的仿真预测方法的可行性与有效性.     

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.     

正交车铣表面形貌的计算机仿真

通过对正交车铣加工的数学建模,建立了正交车铣表面形貌的计算机仿真系统.利用该系统分别讨论了刀刃角、偏心量、进给量和转速比等因素对表面形貌的影响,得到以下结论:刀刃角为0°时,正交车铣加工表面为一正棱柱;刀刃角大于0°时,采用偏心加工的表面形貌比较好;采用合理的进给量,可以取得较好的表面形貌和较低的表面粗糙度;转速比越大,表面形貌越平坦,表面粗糙度越小.     

复杂结构件端铣加工过程仿真及表面误差预测

针对复杂结构件端铣加工变形问题,用理论与实验相结合的方法进行端铣加工过程仿真及误差预测.用实验方法对修正的端铣切削力理论模型进行验证,将理论计算与有限元方法相结合,采用加工过程离散与载荷等效的方法将瞬态切削载荷动态施加于工件的有限元模型上,应用热-力耦合分析方法,模拟复杂结构件的端铣加工过程,预测工件被加工表面变形误差.实验及仿真结果验证了所提出的仿真预测方法的可行性与有效性.     

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．     

一种改进的非线性铣削力建模与仿真

综合考虑再生振动效应和刀具偏心模型对动态铣削加工过程的影响．改进并建立具有较高预测精度的非线性圆周铣削力数学模型和铣削加工过程闭环控制系统．通过对比铣削动力学实验数据和计算机仿真结果验证了该模型的有效性和预测能力．     

振动钻削中切削力的实验研究系统

讨论了用于研究振动钻削过程的实验研究系统，给出了由此系统所得的实验结果，此系统通过对振动钻削过程中动态切削力的采集及分析处理来研究振动钻削过程，它能够检测出切削过程中出现的异常状态，并可实现对振动钻削过程的监控．     

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.     

碳纤维复合材料螺旋铣孔瞬时切削力系数识别

在螺旋铣孔过程中,刀具绕其自身轴线自转的基础上围绕预加工孔中心公转并保持轴向进给.为了准确预测碳纤维增强复合材料(CFRP)螺旋铣孔过程中的切削力,基于螺旋铣孔的基本切削机理,考虑刀具侧刃和底刃在进给过程中对切削过程的影响及复合材料的各向异性特征,构建螺旋铣孔过程中切削力解析模型.根据全因子条件下复合材料螺旋铣孔试验数据,采用数据拟合方法识别底刃切削力系数,采用瞬时切削力方法识别侧刃切削力系数.结果表明仿真切削力能够较好地拟合试验值.     

球头铣刀切削刃存在差异的切削力系数辨识

为了准确辨识得到球头铣刀切削刃存在差异的切削力系数,提出结合平均铣削力方法和粒子群优化算法的辨识方法.首先,建立球头铣刀的铣削力模型,推导基于平均铣削力且忽略切削刃差异的切削力系数辨识模型.然后,以基于平均铣削力方法辨识得到的切削力系数为初值、最小化铣削力仿真结果和测量结果的偏差平方和为目标,引入修正系数为设计变量,设计基于粒子群优化的切削力系数修正算法.最后,进行仿真和实验验证,相关结果表明采用修正后的切削力系数不仅能准确地预测切削刃存在差异的铣削力峰值,而且具有更好的吻合度和精度.     

The Extraction Method of Cutting Engagement in Ball-end Milling Simulation

Ball-end mill is widely used in workpiece processi ng with free-form surfaces. Such models that can predict processing character istics precisely are very necessary to the aim of cost reducing, quality improvi ng and productivity progressing, the cutting force prediction is the most import ant among these models. To explore the physical essence of metal cutting, model researchers commonly simplify the geometric conditions in cutting process, and a ssume that the geometric parameters that are needed to s...     

高速铣削系统切削力动态分析

工件的切削加工与过程动态力学之间存在着必然的内在联系.由于铣削系统中的振动,特别高速铣削加工过程中的振动,在运用KISTLER测力计系统测量切削力时,通常会出现信号失真现象.文章进行了铣削系统的动力学分析,测量了切削过程中工件的振动,估算了工件的惯性力、测力计等效质量和测定的力学数据增量.试验结果表明,高速铣削硬钢构件时的振动,是由较强的冲击、切屑形成机理以及共振所产生,这些因素在分析切削力和切削过程时不容忽视.