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.     

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...     

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.     

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.     

微铣刀磨损对工件温度场影响的数值模拟

针对微铣削加工过程中的温度难以准确测量和精准控制的问题,主要从温度的角度出发建立了有限元数值分析模型.选取ALE自适应网格技术和热-机耦合方法,按照实际情况合理设置所需参数,并结合刀具磨损后其微切削刃半径变大这一重要条件,对工件温度变化的影响进行了数值模拟仿真.数值仿真结果表明:工件各温度区的温度变化趋势基本符合实际的微铣削加工过程温度场的变化趋势.这一数值分析结果将对微铣削实验加工有一定的指导意义.     

航空铝合金薄壁件铣削加工变形的预测模型

为预测航空铝合金薄壁件的铣削加工变形,建立三维有限元模型.通过有限元软件MSC,MARC,向有限元模型添加初始应力场、对节点施加铣削力、控制铣刀路径和对模型的网格进行自适应网格细化.使用该模型进行薄壁零件的铣削仿真.仿真结果表明:铣削之后,薄壁零件呈中间凹陷、四周翘起的盆形.同时,零件的薄壁向内部凹陷.为检验仿真结果的正确性,设计验证实验以测量加工后零件的变形.实验的结果与仿真结果相吻合,证明本文提出的有限元模型可有效预测航空铝合金薄壁件的加工变形.该有限元模型可用来选择合适的加工策略以减小航空铝合金薄壁件的加工变形.     

薄壁叶片加工误差分析与预测

薄壁叶片在数控加工中容易变形,影响加工精度,提出了采用柔性变形迭代方法计算叶片铣削过程中的变形量.首先利用正交切削仿真试验确定球头铣刀的铣削力模型,并给出叶片数控加工刀触点计算方法,再将切削力加载到叶片的有限元网格节点上,采用柔性变形迭代方法计算出薄壁叶片的变形量.结果表明,所提出的方法能有效地预测薄壁零件的变形,为叶片加工误差补偿提供了依据.     

刀具偏心和变形对球头铣刀铣削力的影响

为了预测数控铣削加工过程中球头铣刀的铣削力,将刀具沿轴向平行地分割为许多很小的切削微元,刀具受到的铣削力为参与切削的各切削微元的受力之和.根据刀具铣削力与切削负载之间的经验公式,综合考虑刀具偏心、力变形和热变形,推导出三维进给状态下瞬时切削厚度表达式,建立球头铣刀铣削力模型并对模型进行仿真.结果表明,刀具偏心和变形对铣...     

Inconel 718介观尺度薄壁件微铣削力预测

Inconel 718介观尺度薄壁件在航空航天、医疗和通讯等领域的需求日益增长.薄壁微铣削变形是领域内的难题，而微铣削力是引起加工变形的重要因素.为实现薄壁微铣削力的预测，建立了Inconel 718薄壁微铣削加工过程的有限元仿真模型，以及微铣刀和薄壁件的几何模型，完成了网格划分，并验证了网格独立性.采用Johnson-Cook本构模型和失效准则描述材料本构关系和切屑分离准则，修正库仑模型描述摩擦特性.对比薄壁微铣削过程仿真模型输出的微铣削力与实验测量结果，最大和平均相对误差分别为11.23%,7.04%,验证了模型的有效性和准确性.     

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.     

基于LS-DYNA的金属切削加工有限元分析

采用有限元法对金属的切削加工过程进行了模拟,得出了工件内部应力、应变及温度的变化规律.模拟结果表明,切屑是切削层材料受到刀具前刀面的推挤,沿某一斜面发生剪切滑移形成的;切削进入稳定阶段后,材料的最大等效应力保持在某一值附近波动;钝圆半径的挤压导致成形表面产生残余应力;切削热主要集中在切屑上,切屑温度从切屑底层到外层逐渐递减.该方法弥补了实验方法冗繁的缺点,为金属切削原理的研究、切削加工工艺的设计提供了高效的方法和理论依据.     

倒角刀刃切削过程中切削力的有限元法预测

提出了一个预测倒角刀刃切削过程中切削力大小的有限元分析模型．综合考虑了切削加工过程中大应变、大应变速率和高温对工件材料属性的影响，将工件材料的流动应力看成是应变、应变速率和温度的函数．模拟过程从刀具切入工件开始，到切削力达稳态为止．切屑的分离通过商业有限元分析软件Marc中的自适应网格重划分功能实现．采用不同切削条件下切削力的测量结果对有限元分析结果进行验证，发现二者具有较好的一致性．文申最后还分析了刀刃的几何参数对切削力的影响．     

Inconel 718镍基高温合金铣削过程的数值模拟

在镍基高温合金Inconel 718的铣削过程中,切削参数对铣削过程中切削力、切削温度和切屑形态等影响显著.为了提高工件加工表面质量和加工效率,通过有限元分析软件ABAQUS建立镍基高温合金Inconel 718三维铣削模型,进行Inconel 718镍基高温合金连续铣削仿真分析,重点研究了不同切削条件下切削温度、切削...     

航空铝合金薄壁件高速铣削受力变形的试验研究

试验研究了高速铣削航空铝合金薄壁件侧壁时切削力随铣削工艺参数变化的规律,给出了薄壁件侧壁高速铣削加工变形随铣削工艺参数变化的规律.在此基础上,应用ANSYS软件对航空铝合金薄壁件侧壁高速铣削加工变形进行了有限元分析,进而提出了通过优化铣削工艺参数改善航空铝合金薄壁件高速铣削加工变形的工艺途径.     

基于3D模型的螺纹铣削加工仿真有限元分析

螺纹铣削作为一种先进的螺纹加工方法,研究其加工过程中切削力和切削温度的变化规律对提高刀具使用寿命及被加工表面质量具有重要的现实意义。以某可转位螺纹铣刀铣削加工45#钢为研究对象,在三维设计软件Pro/e中建立刀具三维实体模型,并导入金属切削工艺有限元软件AdvantEdge中进行铣削加工模拟仿真,得到加工过程中切削力和温度随时间的变化关系,对比分析了不同进给量的选择对切削力和切削温度的影响,分析结果为实际螺纹铣削加工及其进给量的选择提供参考。     

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.     

薄壁零件铣削加工系统动态特性测试与分析

为预测薄壁件的铣削加工稳定性,采用有限元模态分析方法和试验模态分析方法,分别分析刀具子系统和工件子系统的动态特性.根据薄壁零件的振型模态,划分表示工件在加工过程中动态特性变化的不同加工阶段、选取能够在刀具切削位置激起振动位移的高阶动态频响模型作为预测切削稳定性的有效振型.对于薄壁零件的铣削加工,建立由刀具子系统和工件子系统相互作用的、考虑加工阶段并取决于有效振型的加工系统结构传递函数.稳定性预测结果与试验结果基本相符,证明系统传递函数的测定精度较高.