超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料的加工机理及试验

切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系。基于常规切削(Conventional cutting,CC)与超声振动辅助切削(Ultrasonic vibration-assisted cutting,UVAC)两种加工方式,通过有限元仿真软件Abaqus对20%SiCp/Al复合材料的切削过程进行仿真模拟,阐释加工过程中刀具与工件的相互作用机理,并在同一参数下验证有限元仿真的准确性。通过设计单因素试验,对比两种加工方式及不同加工参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,得出最佳加工参数组合,并对最佳加工参数下表面形貌进行分析。模拟和试验结果表明,SiC颗粒断裂、颗粒耕犁、颗粒拔出以及Al基体撕裂是影响SiCp/Al复合材料加工质量的主要原因,刀具与颗粒不同的相对作用位置会产生不同的损伤形式。与常规切削相比,施加超声振动后可以有效抑制颗粒失效和基体损伤,使加工中的平均切削力(主切削力)降低33%,工件已加工表面粗糙度值最大减小量为531 nm,显著提高了表面质量。所建立的二维微观多相有限元模型,能够有效模拟铝基复合材料的加工缺陷和裂纹损伤问题,对提高难加工材料的高质量表面制备有重要借鉴意义。

基于多位置振动融合的精整车削表面形貌仿真

针对高精度加工工件表面粗糙度及表面形貌精确预测的难题,提出根据多位置振动信号融合,并结合刀具轮廓轨迹合成的形貌仿真模型。首先建立刀具轮廓轨迹方程,然后通过主成分分析法分析表面精整车削主要影响振动部位对表面粗糙度的贡献度,将不同部位的振动信号进行融合,最后将以上两部分进行叠加得到表面粗糙度表面形貌仿真模型。根据振动信号的来源方式不同,分别建立了刀具轮廓轨迹-振动仿真模型(PTS)和刀具轮廓轨迹-振动实测模型(PTM)两种模型进行研究。其中PTS模型中振动信号为根据车削动力学模型求解得到的振动位移,PTM模型中的振动信号为切削实验中实际采集的振动位移信号。通过仿真与试验结果的对比,表明PTM模型较PTS模型精确度更高,同时两种模型表面形貌仿真模型都具有较高的准确性,均可为实际加工生产提供参考。

基于改进引力搜索算法的数控车削参数优化方法

为提高数控车削效率,优化生产质量,减少刀具磨损控制生产成本,提出一种基于改进引力搜索算法的数控车削参数优化方法。建立车削参数优化模型,通过多目标约束条件,确定参数优化的取值范围。通过多目标引力搜索方法,确定中心质点位置和质量,衡量质点优劣程度,经过迭代收敛在空间中搜索最优解。利用质点适应度函数并引入混沌思想改进算法实现全局优化。在混沌映射下反复推演质点的最佳位置,获得最终的优化参数最优值。实验结果表明:所提方法能很好地完成参数优化,降低生产成本,具备良好的有效性和鲁棒性。

数控车床常见问题及解决方案的探索与研究

数控车床具备高精度的加工技术,作为新时代的产物,在现代加工中的地位越来越突出,使用的频率也越来越高。在高频繁使用中不可避免地会出现各种各样故障,设备故障出现后如果无法及时排除,不仅会严重影响零件的加工精度,甚至造成事故。因此,数控车床故障分析、预防措施及排除方法具有重要的意义。

细长轴的加工工艺与教学设计研究

通过企业产品的加工,训练学生实操技能,达到校企互赢互利。以台阶细长轴为例,进行加工工艺与实践教学设计,结合实训条件,系统分析台阶细长轴的加工工艺、刀具选择与车削方法,在达到教学目标的同时完成企业订单。

车削工艺参数对18CrNiMo7-6钢切削力及表面粗糙度的影响

为了探究车削工艺参数对18CrNiMo7-6钢标准疲劳试样不同位置的切削力和表面粗糙度的影响,采用CAK4085型数控车床对主轴转速n、背吃刀量a_(p)和进给速度v_(f)三个工艺参数进行单因素试验研究。结果表明:对于标准试样的圆弧段和标距段,切削用量对切削力和表面粗糙度的影响规律相同;背吃刀量a_(p)对切削力影响最大,进给速度v_(f)对切削力的影响次之,主轴转速n对切削力的影响最小;拟合的三个切削力分量指数公式中,主切削力的拟合误差为5.25%,背向力的拟合误差为2.29%,相对误差较小。结果显示,影响表面粗糙度Ra的最大因素为进给速度,Ra随v_(f)的增大而增大,圆弧切入段的表面粗糙度Ra比切出段高。综合考虑疲劳试样较好的加工工艺参数为:n=1000r/min,v_(f)=80mm/min,a_(p)=0.3mm。本研究结果可为疲劳试样的车削加工工艺制定提供参考依据。

润滑条件对TC4钛合金切削加工影响的实验研究

为了研究冷却润滑条件及切削参数对TC4钛合金的切削力和表面粗糙度的影响,分别开展CMQL、冷风、浇注式冷却润滑条件的TC4钛合金高速切削实验、四种不同润滑环境的粗/半精/精加工实验以及CMQL条件下TC4钛合金正交切削试验,通过单因素分析和正交试验法研究冷却润滑条件及切削参数对切削加工性的影响。研究表明:CMQL冷却润滑条件可在TC4钛合金高速切削时有效降低切削阻力和改善表面粗糙度,并在高速精车削阶段体现出降低切削阻力的优势。考虑CMQL条件下高速精车TC4钛合金加工效率,最佳参数组合为较高的切削速度、较小的精加工余量和合适范围内较大的进给量。

GH4169G高温合金车削切削力与切削温度有限元仿真研究

为研究GH4169G高温合金车削用量及刀具几何特性对切削力和切削温度的影响规律,基于ABAQUS有限元仿真软件,通过依次改变切削深度、切削速度和刀具几何角度,获得不同参数组合下切削力和切削温度的变化规律,进一步揭示车削参数和刀具几何角度对GH4169G高温合金切削过程中热—力耦合作用的影响机理,从而对切削工艺参数和刀具特性进行优选。

基于圆弧刀补偿加工的平面调制切削技术研究

针对尖刀加工的平面调制微结构表面质量差以及尖刀顶部尖角易磨损的现象,本文系统分析了尖刀在加工平面调制结构时轮廓误差的形成机理,发现了尖刀加工调制表面的轮廓误差大且存在难以补偿的特性,调制结构的轮廓误差与刀尖宽度成正比,与调制的周幅比值(λ/a)成反比.为此,本文提出了采用圆弧刀具结合刀具半径补偿方法以降低平面调制样品轮廓误差的技术方案.实验结果表明,采用圆弧刀结合刀具补偿方法对平面调制结构的轮廓精度提升具有显著作用,相比于尖刀切削,圆弧刀补偿加工的一维调制样品获得了更高的表面质量和轮廓精度.针对幅值a=4μm,周期λ=60μm的平面调制样品,采用圆弧刀补偿加工方案,调制样品的表面粗糙度Ra值由59.66 nm降至21 nm,轮廓误差精度提高了约20%.

超声振动超精密车削Ti6Al4V的表面质量研究

为研究超声振动辅助超精密车削Ti6Al4V切削性能,使用Son-x公司的UTS one设备使单晶金刚石刀具在切削方向振动,使用350FG摩尔Nanotech 4轴机床进行加工,采用四因素三水平正交试验,试验因素为切削速度、切削深度、进给速度和刀具振幅,切削力、表面粗糙度为评价指标。采用Zygo的Nexview 8050三维光学表面轮廓仪测量表面粗糙度;采用Kistler 9256B三相测力仪测量主切削力、进给抗力、切深抗力;采用日立TM3000扫描电镜对切屑进行观察。结果表明:切削速度对表面粗糙度和切削力的影响最大,切削深度和刀具振幅影响次之,进给速度对表面粗糙度和切削力均无显著影响;提高刀具振幅从总体趋势上可以降低切削力和表面粗糙度;随着切削速度的提高,即使切削速度远低于传统公式中计算出来的临界切削速度,切屑也会从平整带状变为两侧呈规律性锯齿状的带状,进而成为散裂状并且中间出现裂纹的切屑,在刀具振幅下降的过程中,以上现象更为明显。

不同硬质合金刀具车削GH4169时刀具性能的对比试验研究

GH4169镍基高温合金因高强度、高耐磨性及高抗腐蚀性等优良性能被应用到航空航天零件制造等领域,作为典型的难加工材料,GH4169高温合金在切削中存在刀具磨损严重、加工效率低、表面质量差等问题。刀具材料的合理选择直接影响刀具使用寿命,通过使用三种不同硬质合金材料的刀具,在干式切削条件下,开展车削加工GH4169镍基高温合金的刀具磨损试验,对比研究不同刀具的磨损机理、磨损量和切屑形态的差异。试验结果表明:刀具前刀面以黏结磨损为主,后刀面以磨粒磨损为主;小进给量和小切削深度参数下以螺卷形切屑为主,切屑的折断效应与刀具基体材料和GH4169高温合金共同产生的切屑材料成分有关;在切削GH4169镍基高温合金时,高硬度且冲击韧性好的YBC251硬质合金刀具后刀面磨损量较小,磨损表面较均匀,但耐热性能稍差,适用于切削GH4169镍基高温合金。

切削参数对车削12L14钢切削力影响的试验研究

采用硬质合金刀具对12L14易切削钢开展车削正交试验,研究切削深度a p、进给量f和切削速度v c对切削力的影响规律,结果表明:硬质合金刀具在车削12L14易切钢时,对切削力影响最大的因素为切削深度,其次为进给量,而切削速度影响最小。各方向切削力的变化随着a p、f的增大而线性增大,随着v c的增大有所波动,对切削分力与各切削参数之间的关系进行了多元线性回归分析,建立了切削力经验公式,并利用试验数据验证了经验公式在一定参数阈值下的有效性。

含断屑块PCD刀具切削用量的合理选择

为了探究PCD刀具加装断屑块时的最佳断屑切削用量,通过试验观察不同切削用量时的切屑形状,将收集到的切屑分为优良屑、适宜屑、不良屑,计算3类切屑的占比;测量已加工表面的粗糙度Ra;通过有限元仿真,研究不同切削用量时的卷曲半径;通过公式计算常用断屑块位置参数下含断屑块PCD刀具的极限进给量、极限背吃刀量;结合试验与仿真结果得出最佳断屑区域及优良屑的切削用量范围。结果表明:随进给量与背吃刀量的增加,断屑块的断屑效果提升,当卷曲半径为0.5~0.6mm时易形成优良屑,得到含断屑块PCD刀具获得优良屑的切削用量范围,为其在工程应用中提供参考。

PCD刀具端面车削碳纤维增强碳化硅基复合刹车材料的试验研究

通过PCD刀具对C_(f)/SiC进行端面车削试验,研究切削参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,并深入分析材料的切削去除机理。结果表明:主轴转速n、进给量f和背吃刀量a_(p)均对切削力和表面粗糙度Sa造成影响,背吃刀量对各切削力影响最大,进给量对表面粗糙度影响最大。C_(f)/SiC以脆性断裂去除方式为主,主要加工缺陷为基体破碎脱落、微裂纹、纤维露头及拔除、界面脱粘与分层。试验结果证明,C_(f)/SiC可以通过端面车削方式控制加工缺陷的产生,且其切削表面粗糙度Sa可达到3.2μm,即C_(f)/SiC可以实现半精加工。试验最佳切削用量为n=710r/min,f=0.05mm/r,a_(p)=0.30mm。

PCD刀具精密车削TC4钛合金的实验研究

采用PCD刀具对钛合金Ti-6Al-4V进行湿式外圆车削实验,并计算不同进给量下的理论粗糙度,基于单因素实验方法研究了切削用量对切削力和工件已加工表面粗糙度的影响规律。结果表明:在实验参数范围内,主切削力随切削深度的增大而显著增加,进给量次之;轴向力和径向力随切削深度的增大而增大,但增加幅度不大;主切削力随进给量的增大而有较大增加,但进给量对径向力和轴向力的影响较小;整体上各切削分力随切削速度的增大而有所增加,但增幅较小。进给量对工件表面粗糙度影响最大,而且进给量越大,实际切削工件粗糙度与理论计算值越接近。

项目教学法在短轴套零件的数控车削加工教学中的应用——以“1+X”数控车铣加工职业技能认证项目为例

文章以“1+X”认证数控车铣加工项目中短轴套零件为研究对象,按照项目教学法开展研究。通过分析短轴套的各项特征参数形成决策,并进行加工准备;以学习情境为载体重构知识体系和技能体系,运用UG NX软件安排数控加工计划,实施零件加工任务;完成检查与验收,并对加工过程进行评估和反馈。通过工作过程系统化来完成短轴套零件项目载体的数控加工,使学生能更准确把握数控车铣加工认证的精髓,完成技能认证。

基于“CAXA数控车”的数控车床加工优化探析

为了更好地运用“CAXA数控车”软件,采用了手工编程与自动编程对比的办法,通过对常用模块的分析和样品加工,对编程加工进行了优化探索。结果表明,“CAXA数控车”自动编程在加工策略、编程难度、编程效率等方面虽不能做到面面俱到,但优势明显,建议根据软件特点,利用优势使数控车床加工在策略、效率等方面达到更好的效果。

零件数控车削加工工艺设计与仿真加工

数控加工技术具有高精度、高效率和自动化的特点,因此,广泛应用于制造领域的机械加工环节。轴类零件安装在箱体内部,具有支撑旋转零件、传递运动和转矩的作用,是机器中的重要零件之一,是一种典型的回转体零件。文章以传动轴为例,介绍数控车削加工工艺设计过程,包括零件图分析、毛坯和定位基准选择、夹具刀具选择以及加工工艺过程。为验证加工工艺的正确性,运用UG软件进行仿真模拟加工,结果表明加工工艺编制正确,进而生成传动轴数控车削加工程序。

一种可调厚度车床卡盘垫片的设计

传统车床卡盘垫片由于材料疲劳和磨损等原因,垫片的厚度会逐渐减小,降低了其可调节性能。本研究设计了一款可调厚度车床卡盘垫片,该卡盘垫片由外圆和内圆两个部分组成,采用可调节厚度的材料,通过调节垫片的厚度来修正卡盘的误差和偏差,使得垫片可以根据实际加工需求进行微调,从而达到更高精度的加工效果。仿真结果表明,所设计的可调厚度车床卡盘垫片具有较高的调节精度和稳定性,可满足现代车床加工的高要求。

数控车床故障传播溯源与诊断系统设计研究

随着数控车床在机械加工制造行业的普遍应用,数控车床的故障溯源与诊断工作尤为关键。不仅可以快速实现故障定位,还能追溯故障源头,从根本上解决故障问题。文章分析故障溯源、相变识别、故障追踪等故障判断方式,设计数控车床故障诊断系统,包含用户模块、历史故障信息输入与查询模块、故障诊断模块、信号预处理模块等组成部分,对故障诊断系统开展对比实验,突出系统优势。