Experiment and finite element analysis of micromilling forc

For predicting the milling force in process of micromilling aluminum alloy, the law for micromilling force changing under different milling parameters was studied. The elastic-plastic finite elelent model of micromilling was found using general commercial software. During modeling, the Johnson-Cook’s coupled thermal-mechanical model was used as workpiece material model, the Johnson-Cook’s shear failure principle was adopted as workpiece failure principle, and the coupled thermal-mechanical hexahedron strain hybrid modules and self-adaptive grid technology based on the updated Lagrange formulation were used to mesh the workpiece’s elements, while the friction between tool and workpiece obeys the modified Coulomb’s law that combines with the sliding friction and the adhesive friction. By means of finite element analysis, the law for micromilling force changing under different milling parameters was obtained, and the results were analyzed and compared. Finally micromilling experiments were carried out to validate the results of simulation.

淬火态30CrNi2MoVA高强度钢高速铣削参数优化研究

运用三因素三水平的正交试验方案对淬火态30CrNi2MoVA高强度钢进行高速精密铣削实验,获得了铣削参数对于铣削力的影响规律以及高速切削机理;根据各铣削力实验结果建立指数型回归模型,并对其进行显著性分析;对铣削合力线性模型进行方差分析得到铣削参数对于铣削合力变化的显著性分析结果,显著性大小依次为轴向切削深度、每齿进给量、切削速度;应用田口法与极差分析法相结合,以铣削合力进行单目标的参数优化,获得了大致相同的最优铣削参数组合;通过计算证明了田口预测方法预测值与实验值的一致性。

基于铣削加工仿真和现场数据的切削力系数挖掘方法

为提高切削力系数的辨识精度,提出了一种基于铣削加工仿真和现场数据的切削力系数挖掘方法。分别利用实验法和仿真分析法获得切削加工过程数据集。建立了基于刀具旋转周期的切削力系数挖掘方法,并将仿真数据作为数据挖掘的约束条件,分析了切削力系数的分布特性。研究结果表明:周期相关性切削力系数呈正态分布,可通过正态分布估计获得其准确数值。该方法可以有效地挖掘切削力系数,实现切削数据的准确转换。数据转换平均误差仅为3%,达到了实验标定效果,有效地提高了切削力系数辨识效率。

大型管磨机驱动装置的选择及优缺点分析

大型管磨机本体及研磨体载荷大,磨机功率高,当其驱动装置采用行星减速机和齿形联轴器配合的中心传动方式时,会产生较大的轴向力,影响磨机的稳定可靠运行。分析对比了大型管磨机驱动装置采用中心传动、单边缘传动、单边缘双传动、双边缘传动、多点边缘传动等传动方式的工艺特点。以某项目ϕ5.2m大型水泥管磨机2×4000kW双边缘传动系统为例,介绍了主电机、减速机、大齿圈和小齿轮的选型设计计算及双边缘传动系统的实际应用情况。生产实践表明,大型管磨机选择双边缘传动方式安装方便、成本低、传动功率大、运行稳定可靠,是优选方案。

基于机理模型的热连轧板形快速控制技术

热连轧机组板形控制是一项关键的任务,它旨在解决板形变化对产品质量和生产效率的影响。针对热连轧机组板形控制过程中的板形约束变量问题,采用双因素线性插值的方法,在分析弯辊力和窜辊量对板形影响的基础上建立双因素传递系数模型和板形控制空间。首先对板形空间的插值方法进行设计,然后应用到弯辊力和窜辊量对轧制压力的传递系数模型的建立中,求出相应弯辊力与窜辊量对轧制压力的传递系数,这些传递系数可以被视为板形控制的关键参数,利用求出的传递系数基于板形调节建立轧机板形控制空间。通过对板形控制空间的求解,可在板形控制范围内实现板形的快速搜寻和弯辊力、窜动量对板形的快速控制,为热连轧机组的操作提供有效指导。该方法在解决板形控制难题上具有显著的效果,能够提高产品质量和生产效率。未来的研究可以进一步优化传递系数模型和板形控制算法,实现更加精确和自动化的板形控制。

A cortical bone milling force model based on orthogonal cutting distribution method

In orthopedic surgery,the bone milling force has attracted attention owing to its significant influence on bone cracks and the breaking of tools.It is necessary to build a milling force model to improve the process of bone milling.This paper proposes a cortical bone milling force model based on the orthogonal cutting distribution method(OCDM),explaining the effect of anisotropic bone materials on milling force.According to the model,the bone milling force could be represented by the equivalent effect of a transient cutting force in a rotating period,and the transient milling force could be calculated by the transient milling force coefficients,cutting thickness,and cutting width.Based on the OCDM,the change in transient cutting force coefficients during slotting can be described by using a quadratic polynomial.Subsequently,the force model is updated for robotic bone milling,considering the low stiffness of the robot arm.Next,an experimental platform for robotic bone milling is built to simulate the milling process in clinical operation,and the machining signal is employed to calculate the milling force.Finally,according to the experimental result,the rationality of the force model is verified by the contrast between the measured and predicted forces.The milling force model can satisfy the accuracy requirement for predicting the milling force in the different processing directions,and it could promote the development of force control in orthopedic surgery.

New Cutting Force Modeling Approach for Flat End Mill

A new mechanistic cutting force model for flat end milling using the instantaneous cutting force coefficients is proposed. An in-depth analysis shows that the total cutting forces can be separated into two terms: a nominal component independent of the runout and a perturbation component induced by the runout. The instantaneous value of the nominal component is used to calibrate the cutting force coefficients. With the help of the perturbation component and the cutting force coefficients obtained above, the cutter runout is identified. Based on simulation and experimental results, the validity of the identification approach is demonstrated. The advantage of the proposed method lies in that the calibration performed with data of one cutting test under a specific regime can be applied for a great range of cutting conditions.

Forced transverse vibration of rolls for four-high rolling mill

In order to investigate the forced transverse vibration of rolls under distributed draught pressure and moment of bending roll force,the forced transverse vibration model of rolls for four-high rolling mill was established. The work roll and backup roll were considered as elastic continuous bodies that were joined by a Winkler elastic layer. According to Euler-Bernoulli beam theory,the forced transverse vibration of rolls was analyzed based on modal superposition method. The forced vibration equations were established when the draught pressure and moment of bending roll force were imposed on the rolls respectively. Numerical modeling was made on 2 030 mm cold tandem rolling mill of Baoshan Iron and Steel Company. Simulation results show that when the work roll is only subjected to different forms of draught pressures,the vibration curves of work roll and backup roll are quadratic curves with amplitudes of 0.3 mm and 45 μm,respectively. When only the moments of bending roll force are imposed on the work roll and backup roll,the vibration curves of work roll and backup roll are quadratic curves,and the amplitudes are 5.0 and 1.6 μm,respectively. The influence of moment of bending roll force on the vibration of work roll is related with the bending roll force.

基于主轴和进给轴电流的铣削力间接预测方法

提出了一种基于主轴和进给轴电流最优变权法的瞬时铣削力预测方法。首先,分析了主轴电流与x向瞬时铣削力的映射关系,基于互相关方法考虑了电流信号的延迟效应;其次,基于Devavit Hartenberg法对五轴机床进行运动学建模,将进给轴驱动力矩从机床坐标系映射到刀具坐标系,基于力雅可比矩阵得到进给轴驱动力矩和瞬时铣削力的映射关系;最后,基于最优变权法,综合考虑了主轴和进给轴电流对瞬时铣削力的影响,进行了瞬时铣削力预测实验。实验结果表明,基于主轴和进给轴电流最优变权法的瞬时铣削力预测误差在10%以内,能够有效预测加工过程的瞬时铣削力。

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。

基于斜角切削理论的钛合金螺旋铣孔切削力建模

通过分析螺旋铣孔的加工原理和计算加工过程中的运动向量,结合侧刃和底刃对切削力的影响,建立了螺旋铣孔过程的切削力解析模型。提出了基于斜角切削的切削力系数辨识方法,并根据斜角切削过程几何关系推导出摩擦角、剪切角、剪切应力的约束方程。开展切削力系数辨识试验和钛合金螺旋铣孔试验对仿真值进行验证,结果表明,切削力的仿真值与试验值误差较小,平均误差为9.55%,从而验证了斜角切削系数辨识方法的有效性和切削力模型的正确性。

钛合金铣削表面粗糙度检测及多元预测模型研究

搭建铣削力与工件表面粗糙度铣削试验系统,设计正交试验方案,对难加工金属TC4钛合金进行铣削试验。利用三向力测力仪采集铣削力信号,用表面粗糙度测定仪测量工件表面粗糙度,并提取特征值。对特征值进行3种正态性检验。研究结果表明,特征值均不满足严格的正态分布。基于Spearman相关性分析,得到三向铣削力与表面粗糙度相关系数均介于0.7~0.8之间,属于极强相关,可以用于构建表面粗糙度预测模型。基于响应面法,分别以铣削工艺参数、铣削力及铣削工艺参数-铣削力组合为连续因子,以表面粗糙度为响应因子做响应面分析,建立了3种表面粗糙度预测模型。通过对模型参数、表面粗糙度拟合值与实测值的对比曲线及残差散点图的分析可知,铣削工艺参数-铣削力组合预测模型的预测精度最高,多元相关系数值为0.9173,修正的多元相关系数值为0.8552,远高于其他2种模型,可以较好地预测TC4钛合金的表面粗糙度,证明了采用多因子组合的方法提高模型精度的可行性,提供了一种可靠的提高钛合金铣削表面粗糙度预测精度的方法。

基于半解析法的面铣削力系数快速标定与验证

铣削加工在航空航天和汽车制造领域应用十分广泛,预测铣削力是提高零件加工质量和效率的重要方式,而铣削力系数的高精度标定是预测铣削力的关键。铣削过程受多种因素的影响,传统铣削力系数标定方法基于刀具-工件之间的理论关系,却忽略了实际加工中其他因素对铣削力系数的影响。文章基于铣削力模型,推导出面铣削力系数的半解析计算模型,通过铣削加工实验获得切向力、径向力和进给力。考虑切削力峰值对刀具和工件振动的影响,引入修正因子对局部切削力系数进行修正。最后,基于标定的系数预测铣削力并进行了实验验证,铣削力理论预测值和实验值的最大相对误差为11.4%,预测值和实验值接近且相对误差较小。因此,文章提出的方法可以较好地标定面铣削力系数。

金属材料铣削力及振幅预测模型

为了实现对加工过程中铣削力动态变化的预测,课题组构建了金属材料铣削力及振幅的预测模型。首先通过仿真与试验相结合的方法,探究不同材料在不同主轴转速和轴向切深下的铣削力特性;在确认仿真模型准确的基础上进行铣削力的正交仿真,采用回归分析的方法构建平均铣削力及振幅的预测模型。结果表明:不同材料的平均铣削力受主轴转速和轴向切深的影响不同,但铣削力的振幅大小与主轴转速和轴向切深均呈正相关。课题组所提出的铣削力及振幅预测模型可以为铣削参数的合理选择提供参考。

航空铝合金7050-T7451铣削力模型的实验研究

采用多因素回归正交实验法进行铣削实验 ,在给出四因素、四水平实验模型中常系数和指数数学推导公式的基础上 ,建立了特种材料 70 50-T7451的铣削力模型 ,为进一步研究航空铝合金数控加工变形提供了可靠的边界条件。

38CrSi高强度钢端铣铣削力系数实验研究

建立了端铣动态铣削力模型和铣削力系数经验模型,进行了38CrSi高强度钢端铣实验,采用偏最小二乘法对铣削力系数经验模型系数进行辨识,分析了切削参数及其互交作用对铣削力系数的影响变化规律.实验结果表明:在选定的实验范围内,铣削力模型和铣削力系数经验模型均具有较高的精度;每齿进给量对铣削力系数影响最显著,轴向切削深度次之,切削速度影响最小;切削参数之间的交互作用可以忽略.

基于动态切削力系数的插铣加工过程稳定性研究

插铣过程中切削力系数随切削参数的改变而变化,但在切削力仿真和稳定性边界绘制过程中总假定切削力系数是不变的,这样使得预测结果误差较大。针对上述问题,以冲击式水轮机水斗材料0Cr13不锈钢插铣过程为研究对象,结合修正的插铣力模型,采用正交试验法、平均铣削力法及偏最小二乘法得到随切削参数变化的动态切削力系数模型。对模型系数标准化分析得到影响切削力系数tK、rK和aK大小的最主要因素分别为进给量、径向切宽和进给量。基于动态切削力系数对插铣加工过程切削力及稳定性进行了研究,使用恒定切削力系数、动态切削力系数分别得到切削力仿真与稳定性边界,验证试验结果表明动态切削力系数的仿真精度更高,结果为冲击式水轮机水斗插铣加工工艺优化和刀具设计提供理论支持。

防锈铝合金LF21的高速铣削试验

针对防锈铝合金LF21材料，采用Ф4mm整体硬质合金立铣刀，在主轴转速为8～40kr／min、每齿进给量为0．03～0．07mm、背吃刀量为0．5～2．5mm范围内进行单因素和多因素的高速铣削加工试验，研究了切削参数的变化对铣削力的影响规律和原因。应用相关系数确定了切削参数对各切削分力的影响程度，指出了精密加工薄壁、超薄腹板等弱刚度特征结构时切削参数选择的一般原则。

一种新型的广义铣削力模型

基于微分几何理论建立了任意形状铣刀的数学模型，给出适用于任意形状铣刀的三维单元铣削力模型。该铣削力模型考虑了铣刀的法向前角，认为作用于单元体上的铣削力由作用于前后刀面上的正压力和摩擦力组成，并表示为与瞬时切厚有关的非线性函数。为了识别模型的铣削力系数和非线性函数，采用里兹法对铣削力系数和非线性函数在函数空间中进行离散，进而构造一种迭代格式求解非线性规划问题，提高了识别运算的收敛速度。

冷连轧机轧制力的影响因素

通过将轧制变形区划分为微单元,对变形区内轧制力影响因素的变化规律进行研究。根据微单元塑性变形方程式,建立单位轧制压力的计算模型。针对变形抗力、摩擦因数等非线性因素,建立基于神经网络校正系数和工作参考点方法的数学模型,分析其在变形区内的变化规律。针对轧辊压扁和轧制力计算的耦合现象,采用计算机迭代计算的模型完成轧制力的解耦计算。工业轧机实际数据验证了采用微单元方式计算轧制力预报精度高,可用于生产实践。