大型金刚石薄壁钻头行波振动分析及优化

针对大型金刚石薄壁钻头在钻切中出现的振动和噪声问题,用Ansys Workbench有限元软件对无开孔、开孔、开孔且夹层和安装定位轮的薄壁钻头进行模态分析,进一步用行波振动理论计算薄壁钻头共振裕度δ,分析避开行波共振的效果,研究开孔、夹层对行波振动的影响。结果表明:钻切转速为187.32 r/min时,无开孔薄壁钻头的共振裕度δ为0,出现后行波共振;在无开孔薄壁钻头出现后行波共振固有模态变形大的区域开8组圆孔(每组3个)和8个S形孔,薄壁钻头的共振裕度δ为5.18%,避开行波共振效果良好;开孔且夹层的薄壁钻头的共振裕度δ为6.11%,避开行波共振效果最好。为提高孔的加工精度,在薄壁钻头周围安装定位轮,分析定位轮数对行波振动的影响,发现安装6个和12个定位轮的薄壁钻头的共振裕度δ分别为4.59%和4.79%,避开行波共振效果好。比较2~12个定位轮薄壁钻头的共振裕度δ,而且考虑安装方便,最后确定最佳安装定位轮数为6个。

新型可换头钻头参数优化有限元分析

利用AdvantEdge有限元仿真软件对新型可换头钻头的切削过程进行模拟仿真,通过极差法分析仿真数据,得出在切削过程中定位孔深度对扭矩、温度和Mises应力的影响最大,其次是定位孔直径,刀头模块排屑槽圆弧直径的影响最小;定位孔直径对切削力影响最大,其次是刀头模块排屑槽圆弧直径,中心定位孔深度的影响最小。直径D_(1)=32mm的新型可换头钻头最优结构参数为:刀头模块排屑槽圆弧直径为7mm,定位孔直径为5mm,深度4.5mm。

影响钻头使用寿命的试验分析

通过对我厂一款钻头进行不同工况条件下的切削试验对比,研究分析了影响这款钻头使用寿命的相关因素,为企业合理选刀、发挥刀具最佳性能提供了依据。

结合与集成学习的钻削过程刀具状态实时监测

为了能够有效识别钻削过程中刀具的磨损状态,为工厂实际加工过程提供刀具磨损的及时预警,开发了一种基于LabVIEW的钻削刀具磨损状态监测平台。平台可以实现实时采集振动信号并进行时域、频域和时频域的特征提取和数据保存。通过将遗传优化算法、BP神经网络与集成学习结合,构建了GA-BP-Adaboost模型,借助LabVIEW与MATLAB混合编程实现了模型搭建。最后,经过钻削实验分析实时信号及其多种特征对钻头刀具磨损状态的的表征情况,选择三层小波包分解的1、6、8频带作为模型的输入数据训练模型,经测试,模型的分类精度在90%以上。同时,平台的实时响应时间不超过3 s,可以满足实际加工过程的要求。

整硬麻花钻横刃轴向前角对TC4钛合金钻削性能的影响研究

TC4钛合金在钻削加工过程中存在切削力大、切削温度高、刀具磨损严重以及寿命短等问题,属于典型的难加工材料。采用三款不同横刃轴向前角的整体硬质合金麻花钻对TC4钛合金进行钻削实验,分析不同轴向前角对切削力、切屑形态、刀具磨损与寿命的影响。结果表明:正轴向前角的钻头切削更锋利,切削阻力小;正轴向前角钻头的寿命高于0°轴向前角和负轴向前角钻头。在TC4钛合金的钻削加工中,横刃轴向前角取正值可以提升刀具寿命。

涂层钻头钻削钛合金加工质量的研究

制造业的快速发展对加工速率要求越来越高,难加工材料应用越来越广泛,对刀具性能有着高要求。TiN涂层由于可以降低磨损率和降低磨损系数,已经成功应用到金属切削上。以TiN/TiCN多层涂层钻头为例,研究多层涂层与单层涂层对钻头钛合金加工质量的影响。通过仿真实验,涂层结构提高了涂层硬度,增加了钻头耐磨性;同时,在涂层钻头钻削过程中,多层结构设计增加了涂层的抗剥落能力,进一步提高了钻头的使用寿命。

基于人工神经网络的变切削条件下钻头磨损监控

基于人工神经网络建立变切削条件下的钻头磨损监控系统。以机床主轴和进给轴的电机功率（电流）信号为监控信号，并通过机床的速度向量识别机床的加工状态；通过对监控信号的提取和预处理，得到人工种经网络模型的输入（有效切谢功率和切削用量）；用3层BP网络对钻头的磨损量进行预报。

基于神经网络的多特征融合刀具磨损量识别

采用切削力信号监测钻削过程钻头的磨损量 ,分别从时域、频域提取了切削力信号的均值、方差、峭度系数和特定频段能量作为刀具磨损的特征信号 ,讨论了特征信号随着刀具磨损量增加的变化规律 ,并将各个特征信号构成的特征矢量输入多层反传神经网络进行融合 ,实现钻削过程刀具磨损量的智能识别。试验结果表明该方法能有效实现多特征融合 。

麻花钻刃口强化设计的数值模拟及试验研究

对平面后角型麻花钻进行了三维建模,并对主切削刃刃口进行了强化设计(钝圆或负倒棱),得到了给定刃磨参数下麻花钻的计算机仿真模型。在此基础上,运用金属成形有限元软件DEFORM3D对硬质合金麻花钻钻削过程的轴向力和扭矩进行了研究,研究结果显示,刃口负倒棱设计方法在减小刀具钻削力及扭矩方面优于刃口钝圆设计方法。最后进行了钻削验证试验,对合理负倒棱参数的选取进行了探讨。

通过轴向力监测预报微钻头折断的研究

对以轴向钻削力为监测对象的微孔钻削在线监测进行了研究。以50支直径为0.4mm的高速钢麻花钻为样本,在数控高速精密微孔钻床上,对钻削45#碳素钢时微钻头折断的轴向钻削力极限值进行了检测。经参数估计和统计检验,得到轴向钻削力极限值服从对数正态分布的结论,并建立了基于可靠性的轴向钻削力监测阈值的确定方法。在此基础上选取不同可靠度水平进行了在线监测实验,与普通钻削比较,当选取可靠度水平为0.999时,在钻头利用率相同的情况下,10支钻头的折断率由30%下降到0,为避免发生微钻头折断这一长期困扰微孔加工的技术问题提供了一种良好的工艺方法。

微钻头计算机辅助设计及其仿真系统的研究

介绍了一个以微钻头数学模型为基础，基于工程数据库的CAD及其仿真系统。研究了微钻头的CAD及其仿真方法。提出了系统的整体结构，说明了系统各组成部分的功能。说明了在微机环境下微钻头CAD及其仿真系统的结构与实现过程。列举了应用实例，并给出了螺旋槽、钻尖后刀面及钻尖的仿真图。

深孔麻花钻变参数螺旋槽的数字建模研究

以无瞬心包络原理为基础,建立了深孔麻花钻变参数螺旋槽的数学模型。应用B样条曲面插值算法和UG NX的三维实体建模工具,建立了变参数螺旋槽三维实体的数字模型,并对该模型进行了分析讨论。最后,给出了精确建立变参数螺旋槽三维实体模型的方法。切削实验证明:在加工深孔过程中,具有变参数螺旋槽的麻花钻可有效降低排屑阻力。

错齿BTA深孔钻削切屑变形断裂影响因素研究

利用错齿BTA深孔钻削切屑弯曲变形规律,对导致错齿BTA内排屑深孔钻切屑断裂的影响因素进行了分析,通过试验研究了错齿BTA深孔钻削切屑的变形断裂随刀齿钻削半径、钻削工艺参数、断屑台尺寸的变化规律。研究结果表明,刀齿钻削半径对切屑厚度影响很大,随钻削半径的增大,各刀齿切屑厚度增大,切屑厚度最大值点均位于刀齿切屑大径边缘且中心齿、中间齿、外齿的切屑厚度最大值依次减小;与转速相比,进给量对切屑厚度和切屑应变增量的影响更大,随进给量增大,切屑厚度增大,切屑应变增量增大;随断屑台宽度减小、高度增大,切屑应变增量增大,断屑条件改善。

YT15硬质合金刀片刃口电化学钝化实验研究

刀具是切削加工工艺系统的核心部分,刀具的耐用性和可靠性直接决定加工精度、表面质量和切削效率。为了改善硬质合金刀具切削性能,常需要对刀具进行刃口钝化。由于刀具为消耗品,其钝化技术需要具有加工一致性、高效率和良好的工艺适应性。本文采用电化学加工方法进行硬质合金刀片刃口钝化,实验结果发现,电化学钝化硬质合金刀片刃口可在短时间内获得接近30μm的钝圆半径,刃口均匀性良好,钝化后的刀片几何参数具有良好的一致性,对实际生产具有指导意义。

GA-BP网络建模在套料钻性能预测中的应用

将BP神经网络建模技术和遗传算法(GA)应用于套料钻性能预测。利用BP神经网络建立套料钻性能预测模型,通过比较实际误差梯度值与给定误差梯度值,来确定BP网络是否处于局部极小状态;GA仅在BP网络处于局部极小时进行学习,对BP网络的连接权值进行优化。BP神经网络和GA两者的有效结合可以解决BP算法固有的缺陷,如收敛速度慢、易陷入局部极小等。套料钻加工性能试验结果表明预测结果和实际结果吻合程度较好,验证了GA-BP网络模型在套料钻性能预测中的有效性和准确性。

错齿BTA深孔钻导向条与孔壁接触状态仿真研究

分析BTA深孔钻削工作原理与受力特点,采用ANSYS软件建立了错齿BTA钻头导向条与孔壁之间的有限元接触分析模型,通过静力学仿真分析,获得了钻削过程错齿BTA深孔钻头导向条与孔壁实际接触状态,研究了接触应力和接触区域随导向条位置角的变化规律。结果表明仿真所获得的接触区域与实际钻削过程导向条的磨损图基本一致,导向条与孔壁的接触主要集中在导向条前端很小的区域,导向条位置角对接触应力与接触区域具有重要影响,通过对导向条位置角的优化可以很好地改善接触状态,为错齿BTA深孔钻头的优化设计提供了依据。

麻花钻螺旋槽数控加工中砂轮位置的自动搜索

螺旋槽对麻花钻的切削性能有重要的影响。在已知芯厚和径向前角的条件下,提出一种自动搜索砂轮安装位置、数控加工麻花钻螺旋槽的新方法。首先在等芯厚的条件下,确定砂轮的初始中心距;再用模拟加工运动的直接法计算槽形;在满足径向前角的条件下,用一维搜索确定偏心距。实际加工的螺旋槽横截面数据的测量和计算结果一致,证明方法有效。算法可直接应用于钻头数控开槽机的软件设计。

刀具形貌激光视觉检测系统标定方法的研究

提出了一种适合于回转体刀具———钻头的激光视觉三维形貌测试系统 ,介绍了系统的组成和测量原理 ,讨论了系统中由于安装的倾斜和偏心等引起的测量光束不共面和多组测量数据不同心等问题。重点研究了将传感器坐标系中的测量数据转换到钻头坐标系中的标定方法 ,并对钻头中有标准圆和没有标准圆来确定旋转中心两种情况进行了讨论。实验结果表明 :用本标定方法对钻头和标准圆横截面的形貌数据进行计算 ,其直径测量精度可达到 10～ 2 0 μm。

碳纤维复合材料振动钻孔初探

本文对碳纤维复合材料超声波振动钻孔进行了初步探索和试验分析,提出了旋转超声刀切剁概念。

电化学加工YT15硬质合金表面形貌特征实验研究

由于所含碳化物粉末与黏结金属的电极电位差等原因,硬质合金电化学加工的阳极表面蚀除过程较碳钢和其他金属更为复杂.以YT15硬质合金为实验对象,对试件原始表面进行统一加工条件下的研磨处理,使之具有一致的表面状态.在此基础上进行电化学加工实验,以SEM图像结合轮廓曲线,分析表面微观形貌的横向特征和纵向特征,获得表面材料溶解的特点和规律.实验发现,使用不同电解液获得的表面微观形貌特征差异显著,加工过程中的表面微观形态和腐蚀规律及变化特性也各不相同.研究认为,不同电解液产生的不同阳极表面膜特性和硬质合金材料固有的多组分特征是导致这种差异的原因,抑制硬质合金同类材料的边界腐蚀是获得良好加工效果的关键.NaOH去钝化能力较强,溶解速度快,适于成型加工电解液;NaNO_3及NaCl具有良好的钝化成膜能力,阳极膜无序破坏容易导致不均匀腐蚀,纯电化学加工不容易获得良好的加工效果,但通过合理施加外力控制阳极膜的有序破坏,则可提高表面质量,具有作为复合光整加工电解液的潜力;H_2SO_4+H_3PO_4成膜较均匀,活化作用较好,具有抑制材料不均匀溶解的能力,适用于具有一定表面质量要求条件下同时达到特定成型效果的加工.