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.     

铣削力建模技术研究及实验对比

结合力学仿真与切削实验,对铣削力建模中的刀具类型、切削力模型、切削力系数辨识及铣削方式等关键技术进行了对比研究。结果表明:线性和指数切削力模型均能精确预测铣削力,以X、Y向切削力为例,圆柱螺旋立铣刀仿真与实验的最大误差为5.60%;采用线性模型与全局切削力系数辨识球头刀铣削力时,精度较圆柱立铣刀低,最大误差为9.17%;采用切削力系数分层辨识,可显著提高球头刀铣削力仿真精度,与全局切削力系数辨识方法相比,分层辨识方法可将球头铣刀的铣削力的预测误差下降至1.97%。此外,铣削颤振预测是铣削建模的重要内容,该对比研究可进一步拓展到颤振稳定域图预测。     

铣削Cr12材料的铣削力试验研究

本文应用压电式铣削测力仪试验研究含铝高速钢铣刀铣削Cr12材料的铣削力.研究了主轴转速、进给速度、轴向切深和径向切深对最大铣削力的影响,用正交实验法和多元线性回归分析方法建立了铣削力数学模型.试验结果表明,X、Y方向最大铣削力随进给速度、轴向切深、径向切深的增加呈现上升趋势,而随着主轴转速的增加有减小趋势.     

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.     

铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削切削力研究

使用粉末冶金高速钢和硬质合金刀具,在机床转速n为3 000~8 000 r/min、进给速度vf为300~3 200mm/min、轴向切深ap为5~20 mm、径向切宽aw为5~20 mm的切削用量范围内对铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削加工切削力及其影响因素进行研究.结果表明:在筋板交叉处切削力有剧烈波动,其值为切削单层铝合金时的8—10倍;在较宽的切削用量组合范围内,刀具工件系统易发生自激振动;刀具易发生刀尖崩刃和涂层剥落.机床转速是影响切削力的最显著因素,使用冷风气动喷雾射流冲击冷却方式、较大的刀具螺旋角、较多的刀具齿数和后波刃刀具可有效降低切削力.     

铣削力系数在线测试的新方法

提出采用二次回归方程建立了铣削力系数模型的方法,并用正交试验法设计了铣削力系数测试试验.     

高速铣削加工及应用

本文主要介绍高速铣削加工的优势,分析高速铣削加工的关键技术及在模具加工方面的应用。     

薄壁件高速铣削温度场研究

应用移动热源理论建立了高速铣削薄壁件温度场的数学模型,研究了求解薄壁件温度场的解析解和数值解,给出了薄壁件高速铣削温度场的计算结果.得出了在高速铣削时存在二次效应现象;进给速度越快,温度上升的梯度和下降的梯度也越大.为薄壁件高速铣削温度场的研究和控制薄壁件高速铣削热变形奠定了理论基础.     

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.      

高速铣削高强高硬钢加工表面残余应力研究

研究高速铣削高强高硬钢时,铣削参数与加工表面残余应力的关系.进行了高速铣削高强高硬钢时的切削温度、切削力实验研究,分析了切削参数对平均切削温度、平均切削力的影响规律,分析了切削力、切削热以及由其引起的微观组织变化对加工表面残余应力的影响.结果表明,高速铣削高强高硬钢时,加工表面产生明显的残余应力.在所选用切削参数范围内,皆产生残余压应力;切削力以及切削热引起的金相组织变化是产生残余压应力的主要原因;在所选用的切削范围内,随着切削速度的增加,加工残余压应力增大,残余应力的影响深度增大.     

基于实体造型的球头铣刀三维铣削力仿真

提出了基于实体造型技术的复杂曲面球头铣刀三轴铣削加工过程三维铣削力仿真方法。整个系统由几何仿真模块和物理仿真模块组成。用基于UGⅡ的实体造型技术表示工件、刀具、刀具扫描体以及被切除材料实体,用分段三次NURBS曲线表示刀具切削刃,通过NURBS曲线和被切除材料实体之间的求交运算,抽取参与切削的切削刃片段。基于切削力与切屑几何之间的经验关系,用数值积分方法建立了球头铣刀三分量铣削力模型。在径向未变形切屑厚度公式的推导中,考虑了刀具进给运动的三维特点。在铣削力系数模型中,考虑了切屑厚度变化对铣削力影响的指数关系和铣刀球头部分不同位置切削微元不同切削条件的特点。实验计算表明,仿真与实测的铣削力达到了很好的一致性。     

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.     

基于瞬时铣削力的球头铣刀铣削力系数辨识

面向多轴铣削加工的铣削力预测,提出了基于瞬时铣削力的球头铣刀铣削力系数辨识方法.首先建立了铣削过程中刀具的瞬时坐标系来准确描述多轴加工中刀具的位置和位姿,在此基础上建立了球头铣刀任意位置和位姿的通用铣削力模型,即建立了铣刀刀刃微元的切削弧长,刀刃微元的切削宽度和瞬时未变形切削厚度的数学模型.然后根据铣削力模型推导了基于瞬时铣削力的铣削力系数辨识模型.最后通过铣削力系数辨识实验和铣削力仿真计算,验证了方法的正确性和可靠性.     

38CrSi高强度钢端铣铣削力系数实验研究

建立了端铣动态铣削力模型和铣削力系数经验模型,进行了38CrSi高强度钢端铣实验,采用偏最小二乘法对铣削力系数经验模型系数进行辨识,分析了切削参数及其互交作用对铣削力系数的影响变化规律.实验结果表明:在选定的实验范围内,铣削力模型和铣削力系数经验模型均具有较高的精度;每齿进给量对铣削力系数影响最显著,轴向切削深度次之,切削速度影响最小;切削参数之间的交互作用可以忽略.     

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.     

钢铁中碳硫的高速分析

采用高速自动引燃炉,自动燃样,由单片机,光电池,组合氧流量定位,自动控制滴定、吸收程序,联合测定碳硫,含量直读。单样测定时间仅需数分钟,测定准确度和精密度高,适用于各种钢铁中碳硫的分析。     

碳钢高速车削中基于量热法的切削热分配

介绍了基于量热法的碳钢高速车削切削热在切屑、工件、刀具及环境中的量化分配.采用水作为收集切削热的媒介,通过自行设计的适配于高速车床的集屑容器以及分别收集工件和刀具热量的容器,在封闭式高速车削条件下测得各容器中水和承载物的温度变化,从而计算出传入切屑、工件、刀具及环境中的热量和总热量以及热流量.通过测量切削力和设定切削速度,得到主切削力的功率.将算出的总热流量与主切削力的功率相比较,评判用量热法测量切削热时的精确程度.     

高速铣削加工中进给量和进给间隔对表面粗糙度的影响

高速铣削时,进给量和进给间隔不仅是影响加工表面粗糙度的重要几何因素,同时也是影响切削效率的重要因素．通过理论解析的方法,讨论了使用球头铣刀的垂直加工中,进给量和进给间隔对表面粗糙度的影响,给出了表面粗糙度的计算公式,并提出了通过改变进给间隔和进给量,提高加工效率而不增大表面粗糙度的加工方法．     

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.