插铣铣削力模型构建及与切削参数的相关性分析

为了优化插铣加工工艺参数,分析在同一工况下插铣时铣削参数与铣削力和铣削力系数的关系,在已有插铣铣削力模型的基础上,结合具体铣削条件,设计了探究插铣铝合金材料时铣削力系数与铣削速度的关系试验,即通过设计同种工况、不同进给率下,测量插铣不同台阶时的三向铣削力,辨识插铣不同台阶时的剪切力系数与刃口力系数,并根据Pearson相关系数探究铣削力与铣削速度、进给率、铣削深度的相关性。试验证明,每齿进给率和轴向切深均与铣削力高度相关,可以通过改变这两个铣削参数直接控制插铣加工中铣削力的大小,为后续插铣加工研究提供理论模型。同时,插铣铣削力系数中的切向刃口力系数与铣削速度高度相关,径向和轴向刃口力系数与铣削速度显著性相关,切向与径向的剪切力系数与铣削速度则相关性较差,轴向力的剪切力系数与铣削速度显著性相关,为进一步研究插铣过程的参数优化和物理仿真等一系列问题提供了理论依据和实际研究基础。

RuT450蠕墨铸铁铣削加工刀具角度和铣削参数的仿真优化与实验研究

蠕墨铸铁是制造新型高性能柴油发动机缸体和缸盖的优选材料。根据刀具手册的推荐,目前蠕墨铸铁切削加工时刀具角度和加工参数主要选择铸铁类通用型参数,其适用性还有待针对性优化。本文以蠕墨铸铁RuT450为铣削加工对象,利用有限元铣削加工仿真,以较低的的铣削力和铣削温度为优化目标,对蠕墨铸铁铣削加工的刀具角度和加工参数进行优选,得到铣削加工蠕墨铸铁适宜的铣刀片角度为4°前角配合8°后角,在此基础上根据有限元仿真得到较适合的三组铣削加工参数。采用仿真优选出的刀具角度和加工参数开展RuT450铣削实验,结果表明,当主轴转速为700r/min、进给速度为850mm/min时,铣削力最小,铣削温度较低,加工表面的质量最好,并通过实验验证了仿真模型的有效性。该研究对蠕墨铸铁铣削加工的刀具和工艺优选具有重要的实际意义。

考虑铣削振动的薄壁件表面加工质量试验研究

薄壁件刚性较低,其铣削时产生的振动是加工中不可忽略的因素。为保证加工精度和表面加工质量,合理选用铣削参数是十分重要的。在考虑铣削振动的基础上,将7075铝合金薄壁件铣削时产生的加速度作为分析铣削振动的依据,以工件的表面粗糙度为最终指标,通过试验综合分析切削深度、每齿进给量和主轴转速等铣削参数对薄壁件表面加工质量的影响。试验结果表明:随着这3个铣削参数值增大,铣削振动和表面粗糙度均会增大。其中每齿进给量对工件振动的幅度,以及表面粗糙度的影响最为显著,因此,减小每齿进给量能有效降低铣削振动,减小表面粗糙度,从而保证薄壁件的加工质量。

基于有限元分析的走刀策略对铝合金薄壁筋铣削仿真工艺研究

铝合金薄壁筋具有弹载计算机结构件的典型特征,其结构简单但整体刚性差,在加工过程中极易产生加工变形,影响工件的加工精度。为合理选择走刀策略,使用ABAQUS软件对铝合金薄壁筋铣削过程进行有限元仿真建模,分析了不同走刀策略下铣削过程中的铣削力及工件铣削后的变形情况。同时设计对照试验组进行试切验证,通过三坐标测量仪分别测量了薄壁筋在不同走刀策略下的形变,验证了仿真分析结果的正确性。

铣削激光增材制造TC4钛合金铣削力的研究

为满足工件的表面质量的要求,对激光增材制造的TC4钛合金进行铣削加工,从而可以实现更高精度的加工要求。为研究铣削用量对铣削激光增材制造钛合金的铣削力的影响,建立了铣削激光增材制造(selective laser melting, SLM) TC4钛合金的仿真模型;另外,采用与仿真模型相同的铣削用量进行了铣削试验,对仿真和试验结果进行了极差分析。分析结果表明,轴向切深a_(p)对铣削力影响程度最大、其次为铣削速度v_(c)和每齿进给量f_(z)。最优铣削参数为铣削速度v_(c)=55 m/min,每齿进给量f_(z)=0.04 mm/z,轴向切深a_(p)=0.3 mm。铣削仿真和试验的误差对比分析结果表明,所建立的铣削仿真模型是合理可行的,因此,基于此铣削仿真模型,采用单因素试验法进行了仿真和铣削试验,研究结果表明,随着铣削速度、轴向切深和每齿进给量的增大,铣削力增大,但当铣削速度超过75 m/min时铣削力反而减小。

铣削减材工艺对激光熔覆增材Fe45合金表面质量的影响研究

针对激光熔覆增材再制造Fe45合金表面质量差,不能满足精密机械零部件的功能和装配要求,对激光熔覆层进行铣削减材加工。文章研究了铣削减材工艺对铣削力、表面粗糙度以及微观形貌的影响规律,采用正交试验方法进行了铣削减材试验。通过方差和极差分析方法,评价了主轴转速S、进给速度F、切削深度ap对熔覆成型件铣削力和表面粗糙度的影响规律;从微观角度分析了铣削减材工艺对表面形貌和切屑的影响。结果表明,铣削减材工艺参数对成型表面质量影响较大,其中对铣削力影响最大的是铣削深度,对表面粗糙度影响最显著的是进给速度;Fe45激光增材成型件经过铣削加工后,表面粗糙度Ra由13.68μm最低可降至1.7μm,降低了87.6%。由实验可知,铣削减材工艺能够大幅提高激光熔覆增材再制造Fe45合金表面质量,对激光熔覆涂层机械加工具有指导意义。

TC4低压微弧铣削接触等效面积法加工特性研究

以钛合金Ti-6Al-4V(TC4)为研究对象,建立工艺特征参数(铣削深度、铣削宽度、电极直径)与铣削面积的数学模型,揭示了各特征参数与铣削面积的数学关系.开展电弧铣削实验,研究铣削面积对加工电流、加工质量和加工效率的影响.结果表明:特征参数的变化影响了材料蚀除速率,致使电弧放电能量发生变化,进而影响热影响层和重铸层的厚度;平均峰值电流、表面粗糙度和热影响层厚度与铣削面积呈正相关,而允许的最大进给速度与铣削面积呈负相关;直流电压20 V、铣削深度3 mm、铣削宽度2 mm、主轴转速1 000 r/min时,表面质量最佳,表面粗糙度29.31μm,热影响层厚88.24μm,材料去除率最大为4 996.2 mm^(3)/min.通过铣削面积的分析有助于后续电弧铣削加工工艺调控和优化.

UOE焊管机组铣边机刀盘转速计算模型及铣削参数分析

为了合理设置铣削参数、提高铣边机生产效率,推导了UOE大直径直缝埋弧焊管铣边机刀盘转速计算模型,并将模型计算结果与实际生产数据进行了对比验证。验证结果显示,计算得出的参数与生产时的实际参数基本一致。根据模型计算公式,利用Matlab计算软件分析了铣削厚度、铣削线速度对夹钳小车速度的影响,表明铣削厚度、铣削线速度与夹钳小车速度均为线性正相关。

铣削工艺参数对AZ31B已加工表面残余应力的影响

铣削工艺参数是影响工件已加工表面残余应力的重要因素。通过建立镁合金AZ31B铣削有限元模型对铣削工艺参数进行研究,在采用正交试验法对镁合金AZ31B铣削仿真的重要工艺参数进行优化的基础上,用极差法分析各项铣削工艺参数对AZ31B工件已加工表面残余应力的影响规律。结果表明:对镁合金AZ31B铣削过程的铣削速度、铣削深度及铣削路径三种工艺参数中,铣削路径对AZ31B工件已加工表面残余应力的影响最大,铣削速度次之,铣削深度最小;铣削速度在(30~50)m/min范围内,镁合金已加工表面残余应力随着铣削速度而增大;在铣削深度为(1~3)mm范围内,铣削深度对已加工表面残余应力的影响不大。

淬火态30CrNi2MoVA高强度钢高速铣削参数优化研究

运用三因素三水平的正交试验方案对淬火态30CrNi2MoVA高强度钢进行高速精密铣削实验,获得了铣削参数对于铣削力的影响规律以及高速切削机理;根据各铣削力实验结果建立指数型回归模型,并对其进行显著性分析;对铣削合力线性模型进行方差分析得到铣削参数对于铣削合力变化的显著性分析结果,显著性大小依次为轴向切削深度、每齿进给量、切削速度;应用田口法与极差分析法相结合,以铣削合力进行单目标的参数优化,获得了大致相同的最优铣削参数组合;通过计算证明了田口预测方法预测值与实验值的一致性。

端面铣削工件表面粗糙度数学模型与实验验证

目的针对多种表面粗糙度影响因素的耦合作用使轮廓形成机理不清,导致表面粗糙度数学模型存在表面质量智能管控工业应用预测精度不足的技术难题,建立端面铣削工件表面粗糙度数学模型。方法首先,基于加工运动学机理和刀具几何学分析端面铣削工件表面轮廓形成机理,建立考虑刀具跳动的工件表面轮廓模型以及轮廓高度偏差关于铣削力的补偿函数,并通过卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)进行解析。其次,建立端面铣削表面粗糙度数学模型。最后,进行可转位面铣刀端面铣削ZG32MnMo的实验验证,分别采集轮廓数据与铣削力信号,建立以铣削力为输入、轮廓高度偏差数据为输出的铣削数据集,训练卷积神经网络解析轮廓高度补偿值并验证理论模型的准确性,对比分析考虑刀具跳动的表面粗糙度数学模型与CNN优化考虑刀具跳动的表面粗糙度数学模型的精度。结果CNN优化考虑刀具跳动的表面粗糙度数学模型对加工重叠区与非重叠区内沿刀具进给方向的轮廓算术平均偏差Ra的预测误差分别为18.71%和14.14%,与考虑刀具跳动的表面粗糙度数学模型相比,精度分别提高了10.61%和32.83%,CNN优化考虑刀具跳动的表面粗糙度数学模型对轮廓单元的平均宽度R_(sm)和支承长度率R_(mr(c))的预测结果与实验值吻合。结论考虑刀具跳动以及动态铣削力耦合作用边界条件的表面粗糙度数学模型能够有效预测端面铣削表面粗糙度,可为在质量管控工程中的应用提供理论指导与技术支撑。

铣削加工的新发展

随着用户对铣削加工的高效率、高精度以及可持续发展的需求,铣削作为加工制造中的重要工序,正在朝着精密铣削、多轴铣削及自适应铣削等多个方向发展。现代铣削作为金属切削方法,起源于18世纪后期,并迅速成为主要的加工技术之一。如今,我们很难想象一个没有铣床的机械加工车间是什么样子的,可见铣削是加工制造中必不可少的工序。

盖板件高效铣削表面粗糙度预测与工艺参数优化

为了保证7075铝合金盖板件铣削表面质量和提高铣削加工效率,进行工艺参数优化,通过响应曲面法(RSM)构建铣削加工表面粗糙度预测模型,分析铣削工艺参数对表面粗糙度的影响规律。基于表面粗糙度预测模型建立高效铣削工艺参数优化目标方程,采用改进的粒子群算法(PSO)对目标方程进行优化,运用优化后的工艺参数对某盖板件进行铣削加工。试验结果表明:采用优化后的工艺参数进行盖板件铣削加工可以满足表面粗糙度要求,验证了预测模型的准确性和改进PSO方法的可行性。

基于ABAQUS镜像铣削铝合金表面残余应力有限元分析

为了分析铣削工艺参数对铝合金的已加工表面残余应力的影响,借助金属切削有限元分析等相关理论,以6061铝合金为工件材料,建立了铣削加工的有限元模型。采用单因素法对6061铝合金进行镜像铣削仿真,并分析不同的主轴转速、铣削深度、铣削路径对加工的表面残余应力的影响。研究表明,在铝合金6061加工过程中,对工件表面残余应力影响因素由小到大依次为铣削深度<铣削路径<主轴转速,铣削深度对已加工表面残余应力影响较小,主轴转速对已加工表面残余应力影响最大,镜像铣削最优组比普通铣削形变位移减小33%。

多轴曲面铣削力及工艺优化研究现状

针对多轴曲面铣削现有技术,阐述典型的多轴铣削模型,归纳不同铣削工艺对加工效率及加工质量的影响。从铣刀几何模型、多轴铣削力模型、铣削能耗模型、工艺参数优化和刀具路径优化等方面对多轴曲面铣削技术的国内外研究现状进行综述,展望了多轴曲面铣削技术的发展趋势。

铣削速度对TC4钛合金刀具磨损的影响研究

为研究TC4钛合金铣削加工中铣削速度对刀具磨损的影响,采用ABAQUS有限元软件进行二次开发,利用单因素试验对铣削过程进行切削仿真,通过改变铣削速度观察刀具磨损率的变化情况。随后进行钛合金的铣削试验,对比试验数据与仿真结果,并验证了仿真的正确性。研究结果表明:两种结果基本一致,仿真结果具有一定的可行性;铣削速度越大,刀具的磨损越严重,刀具的磨损率也就越大;铣削速度增大引起铣削温度升高,使工件发生扩散磨损,工件材料扩散到刀具表面后加速了刀具磨损。因此,在实际加工中要尽可能选取适当的铣削速度,从而提高刀具的使用寿命和切削效率。

聚晶金刚石刀具低温冷却铣削SiC/SiC复合材料磨损试验研究

采用超硬聚晶金刚石(PCD)刀具对SiC/SiC陶瓷基复合材料进行干式和低温液氮冷却铣削试验研究,获得PCD刀具在干式和低温液氮冷却铣削条件下的前刀面和后刀面磨损形貌;分析PCD刀具在干式和低温液氮冷却铣削条件下的主要磨损形式,测得PCD刀具在干式和低温液氮冷却铣削条件下的刀具使用寿命。研究表明:在干式铣削条件下,PCD刀具前刀面的主要磨损形式为刀尖磨钝和崩刃;而在低温液氮冷却铣削条件下,PCD刀具前刀面的主要磨损形式为刀尖磨钝和微剥落;与干式铣削条件相比,PCD刀具在低温液氮冷却铣削条件下寿命提高约71.4%。

基于切削仿真的缸体进排气面铣削优化

针对缸体进排气面凸台铣削余量大、刀具耐用度低的技术问题,运用切削仿真技术对铣削参数进行分析。在确保切削负载、切削温度的前提下,通过优化加工程序提升加工效率和刀具耐用度。

基于数值积分方法的铣削稳定性预测研究

针对立式加工中心铣削颤振现象,用数值积分方法预测铣削加工过程中的稳定性。首先用时滞微分方程表示受颤振影响的单、双自由度铣削动力学模型,对时滞周期进行离散;然后用数值积分方法求解时滞微分方程,依据Floquet判定铣削加工稳定性,获得稳定性叶瓣图;最后为验证数值积分方法求解的正确性,进行参数识别试验获取铣削力系数和模态参数,从求解得到的叶瓣图中选取加工参数进行试验验证。数值仿真结果表明,数值积分方法的计算效率和计算精度优于1st-SDM方法和1st-FDM方法。试验结果表明,数值积分方法的求解结果与试验结果相符,可以指导铣削工艺参数的选取,确保铣削加工稳定。

低刚度薄壁件铣削加工刀具破损及表面质量分析

为分析低刚度薄壁在切削过程中的情况,进行了低刚度薄壁的小径向浸入比切削试验,通过实时监测的方式同步采集薄壁厚度方向的加速度信号和XYZ三个方向的切削力信号,并且通过超景深显微镜对刀具的磨损破损状况及加工表面质量进行观测。试验发现:薄壁刚度较低时,切削振动剧烈,加速度值和X方向的切削力随着进给速度的增大而快速增大;薄壁振动会导致刀具刀刃部分破损现象早于磨损发生,出现多处块状掉落;薄壁顶部因其更弱的刚度导致大量的长条状凸起,严重影响表面质量,且薄壁表面下部加工质量明显优于上部;低刚度时采用逆铣比顺铣更能适当降低切削力并减少毛刺的出现。