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。

基于LSO-BP模型的铝合金薄壁零件铣削力预测

铣削力是铝合金薄壁零件铣削加工中很重要的过程参量,其信息的准确反馈对减小工件变形有着十分重要的作用,因而需要实现铣削力的精准预测.首先,通过铝合金薄壁零件铣削加工的仿真实验获得铣削力数据;其次,针对传统BP神经网络的弊端利用狮群算法进行改进,并将铣削力数据导入改进后网络进行训练,从而建立LSO-BP预测模型;最后,分别利用LSO-BP模型、PSO-BP模型和传统BP神经网络模型预测铣削力.均方根误差、平均相对误差和相关系数等评价指标的对比结果表明,LSO-BP模型预测铣削力的性能明显优于PSO-BP模型和传统BP神经网络模型.

薄壁件不一致刀齿铣削时铣削力系数构造与预测

针对薄壁件铣削过程中刀齿半径不一致现象引起的铣削力系数计算失真问题,提出构造刀齿半径不一致时的实际铣削力系数,并采用核偏最小二乘法对不同铣削用量时的实际铣削力系数进行预测。针对两齿螺旋铣刀铣削过程推导理论铣削力系数,根据刀齿半径不一致铣削过程引入名义铣削力,推导刀齿半径误差,构造实际铣削力系数;基于核分析方法突出的非线性分析及预测能力,提出采用核偏最小二乘法在高维空间建立实际铣削力系数关于铣削用量及其组合量的预测模型,分析该方法中核主元个数、高斯核函数核参数对预测模型精度的影响并确定其取值范围。最后分析考虑刀齿半径误差与不考虑时的铣削力系数,并比较核偏最小二乘预测方法与偏最小二乘预测方法,结果表明所提铣削力系数构造过程及预测方法具有较高的计算精度和预测能力。

实时监测铣削力的分体式智能刀柄设计与切削测试

实时监测切削过程可提升表面质量和切削效率,为解决台式测力仪价格昂贵、布置装置过程费时费力等问题,提出了一种可同时测量三轴切削力和相应扭矩的分体式智能刀柄设计方法,搭建了实时监测铣削力的无线传输智能刀柄系统,并基于Kistler 9257B测力平台开展动态测试,验证了智能刀柄铣削力数据的准确性。

切削参数对GFRP螺旋铣孔铣削力的影响研究

为研究切削参数对GFRP(玻璃纤维复合材料)螺旋铣孔铣削力的影响,建立了GFRP螺旋铣孔的仿真模型,选择不同切削参数进行切削仿真。为验证所建立仿真模型的合理准确性,进行GFRP螺旋铣孔正交试验,选择与加工仿真相同的切削参数,通过仿真与试验结果的对比分析,验证了仿真模型的合理性。基于此仿真模型,通过GFRP螺旋铣孔的仿真试验得到切削参数对铣削力的影响规律。研究结果表明:对铣削力的影响程度由大到小依次为轴向进给螺距u、刀具中心的公转速度ω和切削速度v c;随着切削速度增大,铣削力先减小后增大,但变化趋势较小;随着刀具中心的公转速度增大,铣削力逐渐增大;随着轴向进给螺距增大,铣削力逐渐增大。

立铣微晶陶瓷的切削层面积及铣削力研究

针对立铣刀铣削微晶陶瓷的铣削力变化问题,研究了加工参数对切削层面积的影响,建立了铣削加工参数与最大和最小切削层面积的关系,并通过不同加工参数下的立铣微晶陶瓷的试验,分析了铣削力与铣削加工参数的关系及原因。结果表明:铣削力与切削层面积呈正比关系,切削层面积的变化可以反应铣削力的变化;铣削力和最大切削层面积均与主轴转速成反比,与进给速度、径向切深成正比;适当增大主轴转速、进给速度、径向切深在增加材料去除率的同时保持较小的铣削力及铣削力波动,且在a_(p)=h_(c)时的铣削力波动最小。

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。

基于高速切削的钛合金铣削力分析及切削参数优化

基于高速切削理论建立了切削钛合金TC4的铣削力理论模型,进行了铣削力有限元仿真分析,并开展了正交铣削实验,获得了刀具尺寸一定时高速切削情况下主轴转速n、每齿进给量f z、轴向切深a p对铣削力的影响规律。结果表明,与普通切削情况相似,轴向切深a p对铣削力影响最大;以铣削力望小与材料去除率望大为目标,使用Pareto模拟退火算法对切削参数进行多目标优化,得到了使铣削力较小的同时材料去除率较大的解集,并通过铣削实验验证了最优解的可行性。

基于接触区齐次变换的球头铣削力预报与分析

精准求解球头铣刀-工件接触区(Cutter-workpiece engagement,CWE)已成为研究其力学行为的关键问题。现有球头CWE的求解方法存在效率低、通用性不佳和工程适用性不强等局限性。为此,本文提出一种基于齐次变换矩阵的CWE求解方法并借此实现球头铣削力预报和分析。首先,以铣削过程的几何特性分析为切入点,构建无倾角CWE解析方程组;然后,从多体系统理论的视角出发,通过齐次变换方法将球头铣姿态参数表征为坐标矩阵,由此推导出其在任意姿态下的解析表达式,进而将铣削过程时域离散化并对CWE内有效铣削刃及其演化过程进行分析。在此基础上,开展球头铣削力测试试验来检验该求解方法与铣削力分析的可靠性和精准性。研究结果表明,所提CWE求解方法可在较大程度上简化求解过程,且对铣削力的预报可靠、精准性高;前倾角或侧倾角的增大会减少切削刃在铣削周期中的铣削时间,并使得铣削周期内的平均铣削力降低;采用较小的前倾角时可获得较大的铣削力。

工艺参数对30CrMnSiA高强钢铣削力及铣削温度的影响

30CrMnSiA高强钢具有较高的强度和良好的耐磨性、抗疲劳性和抗冲击性,被广泛应用于航空航天等领域。为研究工艺参数对30CrMnSiA高强钢铣削力和铣削温度的影响,采用正交试验法进行铣削试验,运用极差分析、方差分析以及有限元仿真研究了铣削力和铣削温度,并通过多元回归分析得到了铣削力的经验公式。结果表明:进给速度对铣削力的影响较大,铣削宽度、铣削深度和主轴转速影响较小,且各铣削参数主要影响X方向铣削力,对Y方向和Z方向影响较小;铣削参数对铣削温度的影响程度大小:铣削深度>铣削宽度>主轴转速>进给速度。

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。

面向球头铣刀多轴铣削加工的铣削力系数辨识

提出了一种适用于球头铣刀多轴铣削加工的铣削力系数辨识方法.首先,将剪切力系数考虑为轴向位置角κ的多项式函数,推导了基于平均铣削力的铣削力系数辨识模型.然后,设计了多组刀具轴线与工件表面夹角不同的槽切铣削实验来实现铣削力系数辨识,以保证通过实验辨识得到的铣削力系数包含了球头铣刀不同姿态切削对铣削力的影响因素.最后,通过实验验证了该方法的正确性和可靠性.实验结果表明,该辨识方法相比于基于瞬时铣削力的辨识方法具有更好的抗干扰能力和更高的辨识精度,适用于球头铣刀多轴铣削加工的铣削力预测.

基于主轴电机电流的铣削力模型的试验研究

针对利用测力仪或测力系统测得铣削力的数据,然后通过数学方法获得铣削力经验公式的试验方法,依据硬质合金铣刀的铣削力经验公式,根据电主轴恒转矩的调速特性,建立主轴电机电流和铣削力之间的对应关系,间接测得金属陶瓷铣刀的铣削力。采用回归分析法得到铣削力经验公式,然后验证了它的可靠性,克服了利用测力仪或测力系统求切削力经验公式存在的测力仪安装不方便、价格昂贵、只能在特定环境下使用等缺点。

基于SiCp/Al复合材料的铣削力研究

建立了铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al)的本构方程以及铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al)的铣削力理论模型。通过实验探究切削参数对切削力的影响。研究表明:随着进给量、进给速度的增大,切削力也相应增大;随着主轴转速的升高,切削力有减小的趋势。

确定铣削力模型中刀具偏心参数的一种算法

对数控加工中球头铣刀铣削力建模时刀具偏心参数的确定进行了研究。在铣削力模型的建立中考虑了刀具偏心的影响,推导出刀具偏心参数的表达式,考虑到刀具单刃切削条件,提出了刀具偏心参数的确定算法。在通过铣削力试验数据计算铣削力系数的过程中,采用上述算法确定了刀具的偏心参数,用于铣削力的仿真预测中,仿真结果和铣削力试验的结果表明,算法效果良好。

瞬时铣削力建模与铣削力系数的粒子群法辨识

为获得精确的瞬时铣削力模型,对微元铣削力进行分析,建立了微元铣削力模型。依据立铣加工的特点,提出了微元铣削刃参与铣削的判断方法,给出了具体的计算公式。在此基础上,建立了包含剪切效应和犁入效应的瞬时铣削力模型。利用粒子群算法收敛速度快的优点,提出了基于粒子群的单位铣削力系数辨识方法,给出了算法的实现步骤。铣削试验结果表明,该方法能够精确辨识出单位铣削力系数,利用所提出的瞬时铣削力模型获得的铣削力预测值与铣削力实测值的大小和变化趋势基本一致。

基于切削微元的盘铣刀铣削力预测研究

针对螺杆转子盘铣刀加工过程中的铣削力预测问题,提出了瞬时铣削微元的盘铣刀铣削力预测方法。首先,根据实际加工工况分析螺杆转子铣削过程,建立盘铣刀和工件的坐标系,在此基础上建立稳定切削位置的微元铣削力模型,该模型由盘铣刀刀刃微元切削弧长、微元切削宽度和瞬时切削厚度组成;其次,结合瞬时铣削力系数和平均铣削力系数辨识方法提出了基于瞬时切削微元和加工参数的铣削力系数辨识方法;最后,通过辨识实验求解出铣削力系数并进行实验结果对比分析。实验结果表明,铣削力预测模型及系数辨识方法可对螺杆转子盘铣刀铣削力进行准确预测,进而为螺杆转子加工参数的优化提供了理论依据。

球头铣刀加工钛合金零件的铣削力特性

在钛合金的铣削加工过程中,切削力特性将对零件的最终加工质量有重要的影响.对用球头铣刀铣削钛合金工件的切削力特性进行研究.首先建立了用球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的切削力数学模型,并通过编写程序求解得出了瞬时切削力及其变化规律;其次建立了球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的有限元仿真分析模型,获得了铣削过程中铣削区域的应力场、温度场等;最后设计并完成了切削力测试实验,将得到的实验数据进行了正交分析.结果表明切削参数对平均铣削力影响程度大小的顺序为:轴向切深、每齿进给量、径向切深和主轴转速.

铣削力系数试验建模方法的研究

本文以平均力法求铣削力系数为基础 ,采用二次回归方程 ,建立了铣削力系数模型。

超声振动铣削光学玻璃材料铣削力研究

工件材料在切削加工过程中所产生的铣削力对加工稳定性、加工的成品率以及工件质量有着十分重要的影响。对光学玻璃这种典型的硬脆性材料,使用传统的铣削方式难以得到高效精密的加工,超声铣削加工是一种特别适用于非金属材料以及难加工材料的加工方式。首先建立了超声振动铣削光学玻璃材料的平均铣削力模型,从理论上得出超声振动铣削加工可有效的降低加工过程中的铣削力这一结论,并用实验验证了这一结论。实验结果表明,与普通铣削加工相比,超声铣削加工明显的降低了切削加工过程中产生的切削力,提高了加工的稳定性等。