多轴加工铣削力建模与预测

为提高多轴数控加工铣削力预测精度,提出一种基于真实运动轨迹的多轴数控加工铣削力预测方法。首先采用Levenberg-Marquardt算法计算经验铣削力公式中的瞬时切削厚度,获取未变形切削厚度;然后分析多轴力变换过程中切削刃运动扫掠面和真实未变形切削厚度模型,获得基于真实未变形切削厚度的多轴数控加工铣削力预测模型;最后采用硬质合金圆柱立铣刀在五轴加工中心对2024铝合金工件进行三轴和五轴铣削实验,采集多轴数控加工铣削力数据。实验结果表明,该铣削力预测模型的预测值与实验值趋势吻合较好。

55钢平面磨削中未变形磨屑厚度及单位磨削力的研究

从简化磨粒形状入手,用解析法对未变形磨屑平均厚度模型进行了修正;通过日本某公司生产的超景深三维显微系统VHX-600测量了磨粒间距,并根据55钢的平面磨削实验,采用非线性回归法推导出了基于未变形磨屑平均厚度的单位磨削力和切向磨削力的经验公式。

基于真实刀刃轨迹的立铣刀切削厚度模型

瞬时切削厚度是铣削加工建模研究的重要参数之一。通过分析刀刃切削轨迹,可以得到准确的瞬时切削厚度,但需要求解复杂的超越方程。通常对切削刀刃轨迹进行不同程度的简化来求解近似的瞬时切削厚度。为得到准确的瞬时切削厚度,提出一种新的切削厚度计算模型。基于立铣刀真实切削刀刃轨迹,对近似的切削厚度模型进行补偿,得到较传统计算方法更为准确的结果,计算过程也更为简单。通过切削力试验验证,该模型可以得到更好的动态切削力预测结果。

单颗磨粒切厚均匀化实现脆性材料延性域磨削技术

脆性材料磨削加工中容易出现表面亚表面损伤等质量问题,而且加工效率较低,这已经成为脆性材料产品大规模商品化生产的瓶颈。本文提出了一种新的工艺构想,即采用磨粒有序排布的砂轮及其精细的修整工艺实现单颗磨粒切厚均匀化,使得每颗磨粒都处于脆性材料的延性加工状态,从而实现脆性材料的延性域磨削。基于此构想,制作了磨粒有序排布的单层钎焊超硬磨料砂轮,并进行了一系列的修整和磨削试验,最后实现了氧化锆陶瓷的延性域磨削。实验证明该工艺方法可行,有效且可操作。

滚齿切削厚度仿真计算

为了解决滚切力模型在应用中瞬时几何边界参数的提取问题,提出一种基于三维实体造型技术的滚齿切削厚度仿真计算方法.该方法考虑未变形切屑是滚刀扫掠几何实体与工件几何实体的交集,包含几何边界条件信息.首先通过布尔减运算得到未变形切屑,然后通过瞬时刀齿前刀面与切屑几何实体进行求交运算,得到包含切削范围信息的由样条曲线所构造成的CWE(cutter/workpiece engagement),进而在其上进行切削厚度的提取.该方法的实现为动态滚切力的精确预测奠定了基础.

硅片纳米磨削过程中磨粒切削深度的测量

分析了硅片纳米磨削过程中磨粒切削深度的特点，采用基于扫描白光干涉原理的三维表面轮廓仪对磨削后硅片表面的磨削沟槽的深度和宽度进行了测量，进而对磨削沟槽的深度和未变形切屑的横截面的宽高比进行了统计分析。研究表明，采用硅片自旋转磨削方法对硅片进行纳米磨削时，参与切削的磨粒数量极少，起主要切削作用的磨粒只占有效磨粒数量的一小部分，此部分磨粒的切削深度大于砂轮的切削深度，甚至可达后者的2倍；未变形切屑的截面为三角形，其宽高比在21～153之间，平均值为69。

合金钢20CrMo的单颗磨粒高速磨削仿真研究

磨削是磨具表面大量形状各异且复杂多边形的磨粒参与切削工件的加工工艺,其过程复杂、试验观察困难,从而单颗磨粒切削研究成为研究磨削机理的重要手段。根据单颗磨粒的切削特点,分别建立其单颗CBN磨粒高速划擦的力学模型和有限仿真模型,利用数值仿真软件Matlab及有限元软件Abaqus对合金钢20Cr Mo的磨削进行了仿真研究。仿真结果表明单颗磨粒高速划擦的力学模型的正确性,同时分析了未变形切削厚度与其它磨削工艺参数在单颗磨粒切削过程中对磨削力的影响规律。

几种因素对快速点磨削表面粗糙度的影响

分析了点磨削加工表面形貌及其精度的几种影响因素。研究发现:砂轮速度和磨削深度对表面粗糙度的影响都可归结为未变形切屑厚度的改变。减小点磨削倾斜角,可以减小未变形切屑厚度,从而得到理想的表面粗糙度。加大磨削深度和轴向进给量可提高材料去除率,但会造成粗糙度增大。这可归结为砂轮有效磨粒数的减少导致工件的表面粗糙度降低。点磨削通过改变倾斜角大小来增加参与磨削的有效磨粒数,保证高材料去除率的同时获得良好表面质量。增加光磨次数和应用倾斜型砂轮都增加了磨粒和工件表面轮廓突峰的接触次数,对于改善表面粗糙度十分有益。

单颗磨粒切削氮化硅陶瓷表面残留高度研究

基于单颗磨粒切削路径规划和未变形切屑厚度模型,建立加工表面残留高度与加工参数之间的关系模型。在高精度数控平面磨床上进行单颗磨粒切削氮化硅陶瓷加工实验,结果表明残留高度与与切削力呈正相关关系。当材料去除方式为以脆性裂纹扩展控制的断裂破碎时,加工表面残留高度现象相对明显。通过对正交实验结果进行分析,获得有助于降低表面残留高度的加工参数组合,可用于指导实际磨削加工,并通过磨削实验进行验证。

金刚石飞切单晶硅的切削力模型及试验研究

首先对金刚石飞切单晶硅的加工特点进行分析,建立了未变形切屑厚度模型及材料去除类型的理论判定条件;然后推导出了适合金刚石飞切加工特点和单晶硅材料特性的数学预测模型;最后进行了切削力正交试验,并通过切削力试验值与模型计算值对比验证了切削力模型的合理性。同时根据试验结果总结了各主要加工参数(切深ap、进给量f、主轴转速n)及其产生的最大未变形切屑厚度hmax对切削力的影响规律。

圆锥滚子贯穿式超精研加工特性分析

基于圆锥滚子贯穿式超精研基本规律,计算油石与滚子周向接触弧长,建立动态有效磨刃数模型及未变形切削厚度模型,分析关键参数对周向接触弧长、动态有效磨刃数及未变形切削厚度的影响。分析结果表明:油石切入加工表面深度和滚子直径对周向接触弧长和动态有效磨刃数的影响最大且呈正相关;未变形切削厚度随切入加工表面深度的增大而增大,随滚子直径的增大而减小。基于分析结果,通过合理改变切入加工表面深度,一方面控制动态有效磨刃沿滚子轴向的分布,能够将滚子素线加工成理想的凸度形状;另一方面控制未变形切削厚度,进而使比切削能、工件表面残余应力及粗糙度等达到理想要求。

切屑厚度和刀刃磨损量对木材加工表面温度影响的研究

为了掌握在木材切削中工件加工表面的温度,用高灵敏度红外线辐射温度计,查明了切屑厚度(t)和刀刃磨损量(L_f)对切削而产生的加工表面温度(θ)的影响。结果表明,切屑厚度愈小,刀刃磨损量愈大,则加工表面的温度愈高。θ和t之间,无论L_f的大小如何,它们之间成立如下关系,即θ=Bt^(-m)(式中B和m为与L_f有关的常数),而且存在着尺寸效应。考虑到存在尺寸效应的主要原因在于刀刃的圆角,实验测出了同样具有尺寸效应的单位切削力以及与加工表面的特性密切相关的垂直分力,并求得了它们与加工表面温度之间的关系。

滚齿切削厚度的计算

本文提出了滚齿时基面内切削厚度的计算方法．该方法可作为深入研究滚齿切削过程的理论基础．

单晶锗微结构的超声振动辅助微切削加工

为解决单晶锗微结构元件超精密金刚石切削加工的技术难题,提出采用超声振动辅助切削技术提高单晶锗的临界未变形切屑厚度,并推导了微结构切削中切屑厚度的理论计算公式.进行微圆弧金刚石刀具的振动辅助微切削实验,研究临界未变形切屑厚度随振幅的变化规律,分析微槽表面加工质量和切屑形貌等.分析4.5μm和10.0μm深的十字槽、矩形凸台等微结构的加工质量,针对微槽边缘的加工损伤问题,采用"切深递减"同时结合横向进给的工艺方法.实验结果表明:微槽切削中切削深度的理论计算值存在较大的误差,应选用直接测量法;振动辅助切削的临界未变形切屑厚度随着振幅的增加而增大,最高达到了704 nm,是普通切削深度的5.2倍.与普通切削相比,振动辅助加工可以在一定程度上降低微槽表面粗糙度.采用振动辅助微切削技术能够在大切深条件下加工出具有较高表面质量和轮廓精度的微结构,能够有效解决微槽侧面加工损伤问题,微槽表面粗糙度R_a值低至3.09 nm.

浅析工件表面鳞刺的成因及其防止措施

工件已加工表面的鳞刺 ,对工件表面粗糙度有严重的影响。本文通过对鳞刺的形成过程进行了详细分析 ,得出了鳞刺的形成原因 。

铣削力预测研究进展

从切削几何条件不变的平直面加工和切削几何条件可变的曲面加工两个方面综述了当前铣削力预测方面的研究成果。指出研究复杂曲面加工的铣削力预测,尤其是非球头铣刀复杂曲面五轴加工的铣削力预测是本领域的重要发展方向。

面铣刀正交车铣加工切屑厚度的计算方法

切屑厚度的求解是进一步研究切削过程机理以及实现加工过程仿真的基础.针对面铣刀正交车铣加工过程进行了研究,通过对刀刃轨迹进行简化,推导了计算几种不同形状面铣刀切屑厚度的统一公式,并结合几组具体实例与通过数值方法求得的切屑厚度进行了对比.最后,应用所建立的切屑厚度计算公式实现了对正交车铣加工切削力的仿真,并在车铣复合机床上进行了实验验证.对比仿真实例及切削力实验结果显示所给出的切屑厚度计算模型具有良好的精度和较高的计算效率.同时,统一的表达形式也使得所提出的方法适合于正交车铣加工过程通用仿真软件的开发,具有较大的工程应用价值.

底刃钝圆半径对微细铣削加工的影响研究

在微细铣削过程中,刀具大多数为径向进给,侧刃为主要切削刃,针对侧刃进行的研究较多,但是缺少对底刃的研究,因此本文对仅有底刃参与切削的情况进行了仿真与试验研究。通过对仿真中切屑形貌与试验中表面粗糙度的分析,分别确定了仿真与切削试验的最小未变形切屑厚度值。仿真与切削试验结果表明,最小未变形切屑厚度的仿真值与试验值没有明显差异,最小未变形切屑厚度为0.61~0.70倍的铣刀钝圆半径。根据仿真结果,发现切屑的形成受切削速度的影响。本研究可以用于指导微细铣削加工中对于不同刀具钝圆半径及工件材料加工参数的选择和量化,对于减少刀具磨损,提高微小工件加工质量,有较为重要的指导意义。

极薄磨削下磨屑形成机理探讨

在极薄磨削的工艺性试验和对砂轮表面形貌检测的基础上，分析了磨粒刃与试件表面的作用关系和材料内部应力、应变的分布状态，给出了磨粒刃的模型，在此基础上对极薄磨削下单颗磨粒刃的磨屑形成机理进行了分析和探讨。

工件旋转磨削磨粒切深解析模型分析

硬脆材料超精密磨削时的表面/亚表面损伤很大程度上由磨粒切削深度决定。为更好地仿真预测磨粒的切削深度,基于现有模型和实验结果之间的差异,分析预测切深偏小的问题。结合磨粒数偏差分析和单磨粒划擦实验结果,修正现有模型;修正后的有效磨粒数和表面粗糙度,虽然更贴近,但仍不能吻合实验结果。提出其他可能影响仿真结果的因素,如磨粒刃圆半径、最小切屑厚度等,为进一步完善仿真过程提供参考,以助于磨削工艺的开发和优化。