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。

考虑刀具尺寸效应和刀具跳动的球头铣刀五轴微细铣削力预测

五轴微细铣削技术广泛应用于微小型零件的精密加工过程。铣削力作为加工过程中最重要的参数之一,直接影响零件的加工精度、刀具磨损和加工过程中的振动等。在球头铣刀五轴微细铣削过程中,刀—工接触几何CWE(Cutter Workpiece Engagement)及未变形切屑厚度瞬态变化,使其求解过程变得复杂和困难。综合考虑不同前倾、侧倾角度下的刀—工接触几何,推导出考虑最小切屑厚度、刀具跳动和工件材料弹性恢复的未变形切屑厚度数学表达式,建立了五轴微细铣削力的预测模型,获得铣削力的仿真结果。进行五轴微细铣削实验获得实测铣削力,并与预测铣削力进行比较,结果表明,铣削力预测值与实测值误差均在20%以内,验证了铣削力预测模型的有效性。

微径球头铣刀微铣削有限元仿真及微铣削力预测

变螺旋角螺旋线的切削刃使得微径球头铣刀微铣削过程复杂且实验研究难度较大,对此,提出有限元建模仿真与多元线性回归分析相结合的微铣削过程量化分析和微铣削力预测方法。结合球面螺旋线模型和实测建立微径球头铣刀的三维模型,以此为基础实现全槽微铣削的有限元仿真,并通过实验验证仿真的正确性。针对主轴转速、进给速度与铣削深度三因素,利用正交实验设计方法确定三因素三水平的微铣削仿真方案,得到不同工艺参数组合下的微铣削力数据,通过多元线性回归分析建立预测微铣削力峰值的经验模型,其拟合优度分析表明预测模型具有较好的准确度和可靠性,可用于工艺参数对微铣削力峰值的影响规律分析,优化控制微铣削过程。

基于关键刀轴矢量插值的球头铣刀五轴加工光顺刀轴矢量生成方法

提出基于贪心策略的复杂曲面加工刀具路径关键刀轴矢量序列整体优化方法,以及基于关键刀轴矢量插值的球头铣刀五轴加工复杂曲面光顺刀具姿态生成方法。计算各关键刀位刀触点处的刀轴矢量可行域,基于贪心策略从刀轴矢量可行域中选择关键刀轴矢量序列并且插值关键刀轴矢量序列,检查加工路径刀轴矢量序列是否存在碰撞干涉,进而获得可行的关键刀轴矢量序列集合。根据光顺评价指标从可行的关键刀轴矢量序列集合中选择最优的关键刀轴矢量序列,然后获得整个加工路径光顺的刀轴矢量序列。试验结果表明,该方法生成的复杂曲面加工刀具姿态能够使机床旋转轴运动平稳。

医用球头铣刀铣削力模型与实验验证

在骨科手术中经常使用球头铣刀对骨材料进行加工,在此过程中铣削力大小的精准控制是改善手术质量的关键,但目前尚缺乏理论模型预测骨材料加工过程中的铣削力。本文将球头铣刀离散成沿切削刃分布的切削微元,并用球头铣刀的结构参数表达切削微元的位置。通过分析切削微元的铣削力模型最终积分得到整个球头铣刀的铣削力模型,并以人工骨为铣削材料设计了三个不同工艺参数的实验来验证模型预测值的准确性。结果表明,该模型能较准确地预测球头铣刀在不同工艺参数下的铣削力。

GH4169高温合金球头铣刀铣削有限元仿真分析

GH4169高温合金在切削加工过程中通常会产生较大的切削力和较高的切削温度,进而难以控制加工表面完整性。借助ABAQUS有限元分析软件中的Johnson-Cook热力耦合模型建立球头铣刀简化模型,对GH4169高温合金的铣削加工过程进行三维有限元模拟仿真,研究GH4169高温合金材料在球铣削过程中的切削力、切削温度、等效塑性应变和应变率的变化与分布规律,并对比分析仿真结果与试验结果的差异。研究结果表明,仿真模型的预测结果与试验测量结果有较好的一致性,所构建的铣削有限元仿真模型为球头铣刀的铣削加工提供了可参考的切削要素。

基于BP神经网络的球头铣刀恒力切削控制方法研究

针对数控机床加工过程中的不可控制参数变化的问题,提出一种基于BP神经网络的球头铣刀恒力切削控制方法。分别建立铣削过程模型与BP神经网络控制模型,针对多指标变化导致恒力控制球头铣刀切削难以实施的问题,利用多层BP神经网络的自主高度拟合特性,结合恒力控制多时刻切削力与相关伺服输入,实现自适应调节多指标完成恒力控制。其中,指标包含切削力、进给量、进给速度、背吃刀量。为进一步探究噪声对控制算法鲁棒性的影响,利用方波噪声对所建立的控制算法进行干扰实验,讨论控制算法的抗干扰能力。结果表明:所提出的控制方法能够对球头铣刀控制进行快速且精确的恒力跟踪,在切削深度加深后能自适应地调整切削力;在添加噪声的恒力控制中,所获得的仿真曲线与未添加噪声时保持一致,进一步证明了该方法的抗干扰能力。该控制方法具有较好的控制性能与鲁棒性。

基于球头铣刀刀具姿态的铣削稳定性影响机理分析

铣削颤振不仅会导致加工零件表面产生振纹,降低加工零件的表面质量,而且会加剧刀具的磨损和降低机床的寿命.针对加工过程中球头铣刀的刀具姿态对颤振的影响,构建刀具姿态影响下的铣削动力学模型,运用三阶牛顿−埃尔米特插值全离散法对铣削动力学模型进行求解,得到系统状态转移矩阵.用Floquet理论判断铣刀在不同刀具姿态下的铣削稳定性,构建球头铣刀的刀具姿态稳定性预测图.试验确定水平向上走刀方式稳定性最好,工件表面粗糙度最低,验证了稳定性预测图的有效性.

球头铣刀铣削表面形貌建模与仿真

为了研究铣削加工的表面形貌 ,文章给出了考虑刀杆柔性的螺旋刃球头铣刀的动态铣削过程模型 ,并基于广义加工表面创成理论、球头铣刀刃线模型和铣削运动模型 ,对球头刀动态铣削表面形貌进行了建模和仿真 .

考虑刀具变形的球头铣刀铣削力建模与仿真

提出了准确识别参与切削的切削刃段的实体造型方法；基于铣削力与切削负载之间的经验关系，建立了三分量的球头铣刀铣削力模型；通过将刀具简化为一个悬臂梁结构，给出了刀具变形计算公式；从刀具变形对刀齿切削路径影响的几何关系出发，推导了三维进给运动下的瞬时切厚表达式。在此基础上，开发了完整的球头铣刀三轴铣削过程铣削力仿真系统。仿真计算和试验结果表明了模型及算法的正确性。

微织构球头铣刀加工钛合金的有限元仿真

为了研究微织构对球头铣刀切削性能的影响与表面微织构的抗磨减摩性能,通过分析微织构的设计理论,对微织构刀具和普通刀具切削钛合金TC4进行了三维动态切削仿真,对比分析了两种刀具在切削过程中切削力、切削温度及刀具磨损的变化.结果表明,在干式切削条件下,微织构刀具在切削过程中切削力降低了16%,切削温度降低了13%,磨损深度值是普通刀具的25%,但刀具变形变大.微织构在球头铣刀切削过程中能够减小切削力,降低切削温度,减小刀具前刀面的磨损,延长刀具寿命,但可能会影响加工精度.

基于Z-map模型的球头铣刀铣削力建模与仿真

对球头铣刀铣削力建模进行了研究。在Z-map仿真模型的基础上,提出了识别加工中参与切削的切削刃单元的方法,通过考虑刀具偏心和刀具变形对瞬时切削厚度的影响,推导出了瞬时切削厚度的表达式,由铣削力和切削负载之间的关系,建立了球头铣刀三轴铣削力仿真模型。铣削力仿真计算与铣削实验的对比表明在考虑刀具偏心和刀具变形后所建立的铣削力模型能够对铣削力进行准确的预测。

一种新的螺旋刃球头铣刀铣削力模型

为提高铣削加工的安全性和生产效率 ,有必要在加工实际进行之前准确地预测切削过程的物理信息 ,如铣削力、刀具振动等。给出了球头铣刀刃线几何模型 ,采用理论切削力分析与实验—系数识别相结合的方法建立了新的螺旋刃球头铣刀的铣削力模型。对不同切削条件下的铣削力进行了仿真 ,与实验测量数据吻合良好 ,证明离线仿真可以对铣削力做出较准确的预测。

基于BP神经网络的球头铣刀铣削力建模与仿真

将BP神经网络的理论和算法应用于球头刀具铣削力建模的研究中。采用LM算法建立了铣削力预测的神经网络模型,模型中考虑了影响铣削力的加工参数,选取铣削力试验数据对神经网络模型进行训练,用训练好的神经网络模型对铣削力进行仿真。仿真结果表明,用BP神经网络方法建立的铣削力模型能够对铣削力进行准确的预测。

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 UG 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 .实例计算表明 。

基于改进Z-MAP算法的球头铣刀加工表面形貌仿真与试验研究

基于时间步长法提出一种仿真球头铣刀加工表面形貌的改进Z-MAP算法。该算法在建立刀齿运动轨迹方程的基础上,使用随动矩形包围圈和角度累加法快速地获取工件上的瞬时被扫掠点,并引入牛顿迭代法求取这些点的高度坐标。无须对刀齿离散,不但突破传统Z-MAP算法中单位时间步长内刀齿离散段至多只能扫掠过一个工件离散点的限制,还可以获得更高的精度和效率。通过仿真分析进给行距、每齿进给量、刀具姿态和刀具进给起始相位差等参数对表面形貌及其表面粗糙度的影响规律,并选用航空铝合金7050进行了铣削加工试验验证,试验结果表明改进Z-MAP算法仿真结果与实际加工的一致性更高,对实际生产中加工参数的合理选择具有指导意义。

球头铣刀切削力的预报

针对球头铣刀铣削特点，采用微分化方法建立了球头铣刀切削力数学模型．通过对球 头铣刀铣削微元切削层参数的描述，分析了切削层厚度对球头铣刀主切削力的影响．为实现球 头铣刀切削力的准确预报及铣削工艺参数的优化奠定了基础．

球头铣刀刃口曲线的求解及螺旋沟槽的二轴联动数控加工

给出了球头螺旋铣刀三种不同螺旋刃口曲线的求解公式和二轴联动数控加工时砂轮的截形和相对运动求解模型，根据实得沟槽的模型和计算机模拟结果分析了存在的不足，并给出了相应的后处理方法。

球头铣刀瞬态切削力数学模型建立与仿真

针对球头铣刀在3轴数控铣床中应用的8种常见铣削情形,将铣刀轴向离散化为一系列微元切削刃,首先分析并建立局部切削力模型,进而通过积分运算求得铣刀整体切削力,建立了结合前刀面剪切效应与后刀面犁切效应双重机制的球头切削力预报模型。该模型考虑了走刀间距对切削区域的影响,采用几何分析方法求解瞬时参与切削的微元切削刃的分布,容易实现程序化,并利用Matlab对铣削力进行了数值仿真。最后,通过以45号钢为工件材料的铣削试验获得试验数据,数值仿真结果与试验结果对比,验证了球头铣刀切削力模型的有效性。

小直径球头铣刀铣削淬硬钢的试验研究

通过采用直径为 1 5mm的TiAlCN涂层硬质合金球头铣刀对S136淬硬模具钢进行中高速干式切削实验 ,分析了淬硬钢铣削时切削速度、进给速度和切削深度对切削力的影响规律 ,分析了不同切削用量对铣削过程的振动和噪声的影响 。