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。

数控精密立式磨床空间误差建模及溯源分析

数控精密立式磨床在加工时具有变形量少、圆度更好的优点,广泛应用于机床行业中套筒类、盘类、环类、小型工作台等零件的磨削加工领域。与国外相比,国内机床行业在高端磨床领域存在着生产效率低、加工精度差等问题。以某型号数控精密立式磨床为研究对象,首先通过研究各关键部件之间的运动关系,得出相应的几何误差参数,运用多体系统理论建立了部件之间的变换矩阵,进而得到磨床的精密加工约束方程,从而建立磨床的空间几何误差模型。依据该空间误差模型,建立误差灵敏度模型,得到影响加工精度的关键误差项。最后针对关键误差项进行误差修复,完成对数控立式磨床加工精度的优化,可在立式磨床设计阶段提供一定的设计理论基础。

基于刀具寿命的新型螺旋槽丝锥设计

以螺旋槽丝锥参数分析为依据,对M24螺旋槽丝锥的材料选用、表面状态、热处理方法和工艺、刀具结构参数、切削液的选择和刀具寿命进行了研究和优化设计。分析了M24螺旋槽丝锥的热处理工艺参数和金相组织。通过寿命分析发现,研制的丝锥切削扭矩、排屑能力、切屑情况及刀具耐用度与进口丝锥基本相当。本文研究具有一定的应用价值。

镗杆切削力感知单元结构设计与优化

为满足测量镗杆切削力的需求,采用ANSYSWorkbench有限元分析软件对镗杆等效应力与等效应变分析,确定感知单元安装位置。提出两种镗杆感知单元结构,运用响应曲面优化法确定感知单元最佳优化方案,通过计算、分析相关参数,来确定最佳的优化方案,并与优化前的感知单元结构方案进行比较。结果表明:当未超过应变式微力传感器最大等效应变时,均布式感知单元结构中镗杆最大测量值为329N;以附加支撑感知单元最大测量值为1000N为设计目标,获得5种最优结构参数,在实际设计制造中,可根据实际情况从中进行选择。

双级串联调谐质量阻尼器减振镗杆的设计与性能仿真分析

针对大长径比镗刀杆在加工大型复杂零件的孔及孔系结构中容易产生振动、加工效率低且加工质量不稳定等问题,提出了一种内置双级串联调谐质量阻尼器的新型减振镗杆,建立了减振镗杆的力学等效模型,通过求解和分析减振镗杆的振幅比,确定了减振镗杆最优的阻尼器长度及阻尼比。利用MATLAB/Simulink分别求解减振镗杆和普通镗杆的加速度响应信号,结果表明,减振镗杆的吸振性能显著提高,振动衰减时间大幅缩短。应用Workbench对两种镗杆进行模态分析和谐响应分析,得到固有频率和幅频曲线,发现减振镗杆的振幅远小于普通镗杆。本研究为减振刀具的研制与推广提供了一定的理论参考。

融合残差块与Swin-Transformer机制的刀具磨损监测方法

为进一步提高切削加工过程刀具磨损值监测的精度,提出一种融合残差块与Swin-Transformer模型的刀具磨损监测模型。首先,采用分组卷积残差块提取信号的特征;然后,利用Swin-Transformer模型中的分块滑动窗口自注意力机制对提取的特征进行平移融合;最后,通过回归层实现刀具磨损值监测。试验结果表明,融合一层残差块与一层stage机制的Swin-Transformer模型可以有效融合刀具磨损状态监测信号的全局信息,相比其他Swin-Transformer模型,不仅模型结构简单,而且具有更高的监测精度,利用PHM2010数据集验证的MSE、MAE和R2分别达到4.471 9、1.467 5和0.995 8。

扩孔参数对AF1410超高强度钢切屑微观形貌的影响

通过对AF1410钢扩孔加工试验探究主轴转速和进给速度对切屑微观形貌的影响,为改善切屑形貌提升AF1410超高强度钢的扩孔质量提供依据。对有典型形貌特征切屑的自由表面、后表面和上表面进行观测,结果表明,切屑自由表面均为锯齿状片层结构且锯齿片层的宽度随主轴转速和进给速度的增加而增加。切屑后表面整体较光滑,随着主轴转速的增加,后表面光滑程度增加,利于提升已加工表面质量,且在主轴转速为800r/min时,顶部出现撕裂锯齿状毛边,同时进给速度对后表面影响较小。切屑上表面均呈周期锯齿状,切屑厚度随主轴转速增加而减小,锯齿高度随着主轴转速和进给速度的增加而增加。

磨削工艺参数对硬质合金刀具磨制损伤的影响

硬质合金刀具被广泛应用于航空航天、汽车、冶金等高端制造领域。硬质合金刀具的生产通常采用金刚石砂轮磨削加工,因此,砂轮的磨削工艺参数对刀具的成品质量有重要影响。本试验通过改变砂轮的线速度及进给速度加工硬质合金麻花钻,加工完成后,采用超景深显微镜、白光干涉仪和扫描电镜对钻头的磨削表面以及亚表面进行检测,分析砂轮进给速度及线速度对加工损伤的影响。结果表明:砂轮进给速度和线速度越大,锯齿量越大;当线速度与进给速度较小时,钻头的主切削刃易出现微崩刃现象;砂轮进给速度越大,钻头后刀面表面粗糙度越大;砂轮线速度越大,钻头后刀面表面粗糙度越小;钻头后刀面处的亚表面最大损伤深度随线速度的增大而减小;当线速度30m/s、进给速度160mm/min时,钻头的磨削损伤最小。

膨胀夹头式自动进给钻应用技术分析

随着航空装备的快速发展,传统手工制孔方式已经不能满足现代化飞机装配制孔需求,根据飞机装配典型应用工况,在保证孔径、锪窝精度前提下,先进高效的半自动制孔技术成为急需突破的关键技术。本文从自动进给钻的实际应用出发,研究了最新膨胀夹头式自动进给钻配套刀具、进给量与转速和叠层厚度等因素对制孔精度的影响,为膨胀夹头式自动进给钻在航空装配制孔的推广应用提供一定参考。

钛合金螺旋铣孔过程中硬质合金球头铣刀磨损机理研究

为了深入理解钛合金螺旋铣孔过程中球头铣刀的磨损机理,使用TiAlN涂层硬质合金球头铣刀在干切削条件下对钛合金进行螺旋铣孔加工,分析铣孔过程中材料的去除过程;基于钛合金螺旋铣孔试验结果,利用工具显微镜、电子显微镜和能谱仪检测刀具磨损情况,明确刀具磨损机理,进而探讨轴向切削力、径向切削力、切削温度和刀具磨损之间的关系。结果表明:黏结磨损贯穿刀具磨损全过程,存在扩散磨损和氧化磨损;刀具破损时出现崩刃、涂层剥落等现象;切削力与刀具磨损程度呈正相关关系,磨损对轴向切削力影响较大,对径向切削力影响较小。

冲击载荷下的冲孔工具结构性能优化

基于CATIA三维软件设计CrWMn合金工具钢冲孔工具,研究了刃部角度对冲孔工具耐冲击性能的影响及其失效形式。通过ABAQUS有限元仿真软件进行受力仿真,并进行试验验证和微观形貌分析,结果表明,冲孔工具应力集中主要发生在环形刃部区域,增加刃部角度可显著提高工具的耐冲击性能;冲孔工具的断裂失效区域均出现在环形刃部区域,断口整齐,失效形式为局部脆性断裂。

复合材料半自动制孔刀具结构设计与试验研究

采用传统硬质合金刀具对碳纤维复合材料进行半自动制孔时容易产生烧伤、分层、撕裂等质量缺陷,本文对刀具材料和结构进行优化设计,提出一种PCD钻头和台阶式PCD扩孔钻,通过开展PCD和硬质合金刀具半自动制孔试验,分析孔壁温度、刀具磨损及出孔面质量,得出该刀具具有切削热量低、轴向力和径向力小的特点,能够减少碳纤维过热、烧伤和出孔面分层、撕裂的风险。

单向带复合材料ADU制孔刀具设计及验证

针对复合材料叠层ADU钻孔刀具开发测试周期长、样刀试制成本高以及制孔易损伤等问题,利用数控加工设备和ADU工具以相同的加工参数测试不同刃型的直柄硬质合金刀具,比较刃型结构对复合材料制孔质量的影响,确定最优结构后定制螺纹柄刀具开展ADU制孔验证,寻求一种便捷快速、成本较低的刀具开发路径,解决复合材料ADU制孔损伤问题,为复合材料叠层ADU钻孔刀具的选型测试提供参考,提高刀具开发效率,降低生产研发成本。

GH4169高温合金超声辅助切削试验研究

GH4169高温合金常温和高温条件下硬度及强度较高,常规金属切削的热软化效应不明显,同时由于材料热导率低,加工硬化明显,采用传统数控加工方式存在刀具易磨损、加工效率低等问题。为实现高温合金的优质高效加工,开展不同加工工艺参数下的常规铣削及超声铣削力学响应对比实验,分析同一工况下常规铣削和超声辅助铣削的刀具磨损,揭示了不同加工参数对铣削力的影响规律及侧铣过程中超声辅助铣削较常规铣削的优势。

卫星用CFRP/铝合金叠层套钻孔工艺

针对卫星框架产品中CFRP/铝合金叠层结构制孔精度差、缺陷多的问题,优化改进此类叠层结构制孔工艺。通过总结CFRP/金属叠层结构的特点并进行分类,分析传统制孔、螺旋铣孔和套钻制孔的钻削机理,开展对比试验,通过对孔径尺寸、孔壁质量、贴片脱落数的综合评定,确定最优加工工艺方案;通过单因素对比试验研究了加工参数对叠层结构孔加工质量和加工精度的影响规律,并依此优化工艺参数。试验结果显示:采用套钻制孔,可明显提高制孔质量与制孔精度。确定最优加工参数组合为主轴转速3000~4000r/min,进给速度30~40mm/min,该工况下孔径尺寸符合公差要求且加工缺陷少,孔壁表观质量好。

基于改进K-means聚类定心算法的曲轴轴颈圆度误差评定

曲轴轴颈的圆度误差作为曲轴必检的核心尺寸,直接影响曲轴的寿命和性能。针对圆度误差求解数据量多和计算复杂的问题,提出一种基于改进K-means聚类定心算法的圆度误差评定方法。该算法通过对轴颈采样通道的样本点进行环形聚类获得集合UK,同时以设计的目标控制器剔除UK的噪声点,以UK的最小二乘法圆度评定误差fm来估计整个环形样本的误差。聚类值从K=5循环迭代增加,直至fm符合预设统计质量控制规划。评定结果表明,聚类定心算法的圆度误差评定方法能实现曲轴圆度误差的高效、精确评定。

航空发动机风扇单元体高效孔加工技术

论述了涡扇发动机风扇单元体孔的特征、加工难点和加工刀具的设计思路。针对特征孔加工周期长、质量差的问题,设计了新型加工刀具及改进加工工艺路线,提高了加工效率和零件质量,形成一套高效的孔加工方案,有利于提升航空发动机整体制造水平。

基于VMDFK和图像编码技术CNN网络刀具磨损状态识别

针对采集刀具加工数据过程中有冗余信息和干扰信号,导致刀具磨损状态特征识别困难、识别精度不高等问题,提出一种基于快速谱峭度图的变分模态分解模态分量选取(VMDFK)与格拉姆角场(GAF)图像编码技术相结合的卷积神经网络(CNN)刀具磨损状态识别方法。首先通过变分模态分解和快速谱峭度图,筛选符合要求的模态分量并重构;再采用形态滤波对重构信号去噪和增强;最后通过格拉姆角场图像编码技术,将经去噪增强后的信号转换为格拉姆角场图,并将其输入卷积神经网络中提取特征,较好地解决了信号中的干扰和图像识别中图像特征不明显问题。实验结果表明:该方法可准确清晰地展现刀具磨损状态的特征,在即时性、准确度等方面有较大提高,实现对刀具不同磨损状态的实时智能识别,具有较好的效果。

基于可换刀片U钻刀具结构改进仿真分析

为了提高U钻刀具的钻削性能,本文研究了U钻的刀具结构。针对U钻加工钛合金难断屑问题,提出了二平折线分屑槽刀具结构方案,采用AdvantEdge软件建立了U钻加工钛合金的有限元模型并进行仿真分析,得到刀具的应力、温度和速度云图。仿真结果表明,本文提出的方案断屑较好。最后采用可信的比较标准(例如加工过程中应力P和温度T等的分布规律)进行评估,表明所提出的二平折线分屑槽刀具结构方案有效、可行。

低频振动刀具结构对CFRP/TC4叠层结构制孔质量影响

合适的刀具几何形状对于提升CFRP/TC4叠层结构低频振动加工孔质量尤为关键,本文研究并分析了双刃麻花钻、三刃麻花钻、二级阶梯钻和平底钻四类刀具在低频振动钻孔中对CFRP/TC4叠层结构制孔过程和孔加工质量的影响。相关实验结果表明:在切削过程中,阶梯钻展现出的切屑形态具有显著的两段式特征,即切屑宽度从细到粗变化,形状则由扇形过渡到锥形,且阶梯钻产生的切屑相对较小,有利于排屑时带走热量;麻花钻所形成的切屑展现出扇形单元状的规则形态,其边缘保持完整,该切屑特性不仅使排出过程更为顺畅,还能有效即时带走加工过程中产生的热量,从而减少切屑在排出时对孔壁造成二次损伤的风险;使用麻花钻和阶梯钻时的最高加工温度分别为117℃和105℃,阶梯钻结构设计显著降低了加工时的切削阻力和摩擦,有助于降低钻削温度;由于阶梯钻采用钻—扩—铰一体化设计,使用阶梯钻加工钛合金材料孔时在入口和出口直径上表现出更高的一致性,孔径误差相对较小,更接近刀具的名义直径。