三维椭圆振动辅助车削复杂曲面的路径优化研究

为解决复杂曲面过渡区域加工残余高度不均匀、加工曲面表面质量下降以及干涉过切等问题,研究三维椭圆振动辅助车削刀具路径优化设计。针对这一系列问题,文章基于等角度、等弧长路径规划方法,提出一种路径规划优化算法模型,在过渡区插入一段圆弧,用数学解析法求解路径优化后的刀位点。以正弦曲面作为具体研究对象,利用仿真软件对路径进行仿真,结果表明提出的刀位点优化设计残余高度较传统算法降低27%;对复杂曲面过渡区进行放大,通过对比表明提出的路径规划优化算法过渡区表面光滑,无干涉过切现象;利用小波分析法对算法获得的表面形貌粗糙度进行评价,计算结果显示优化路径的表面粗糙度值Sq由0.0059降低至0.0045,Sa由0.0067降低至0.0038,表明优化路径算法得到的表面质量精度得到了提升。

钛合金超声椭圆振动辅助车削实验研究

设计钛合金超声椭圆振动辅助车削实验,获得不同超声波电源电压下刀具近似椭圆运动轨迹。分析超声椭圆振动辅助车削切削力变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削能在较大程度上降低切削力。研究超声椭圆振动辅助车削工件表面粗糙度变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削工件表面粗度Ra值略增大,Rz值明显降低。分析进给速度对切削力的影响规律,随进给速度增大,普通车削及超声椭圆振动辅助车削切削力均升高。对同一进给速度,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削切削力均降低,且随进给速度增加其降低幅度减小。对比超声椭圆振动辅助车削与普通车削工件表面形貌发现,施加超声椭圆振动后工件表面沿切削速度方向形成有规律振纹。

拟间歇振动辅助偏摆车削铝基碳化硅的切屑及表面质量研究

为深入了解拟间歇振动辅助偏摆车削铝基碳化硅的加工机理,建立了拟间歇振动辅助偏摆车削和普通切削加工铝基碳化硅的三维仿真模型,分析不同切削速度下铝基碳化硅的基体与颗粒损伤及不同切削深度的切屑形貌。结果显示:拟间歇振动辅助偏摆车削铝基碳化硅的表面质量与刀具摆动有关,由于其存在切削力、摩擦力和进给力逆转现象,有利于铝基体的塑性创成和颗粒部分断裂,减少颗粒损伤,但随着切削速度的增加而逐渐减弱;与传统车削相比,拟间歇振动辅助偏摆车削的切屑为S形,更容易断裂。因此可以进一步完善拟间歇振动辅助偏摆切削难加工复合材料相关技术。

细长轴超声椭圆振动辅助车削试验

设计了铝合金细长轴超声椭圆振动辅助车削试验,测量了不同超声波电压下的刀具振幅。分析了铝合金细长轴超声振动辅助车削切削力变化规律,开展了普通车削与超声椭圆振动辅助车削单因素对比试验,对比了两种不同加工方法对切削力及细长轴不同区域表面粗糙度。试验结果表明:在相同切削参数条件下,超声椭圆振动辅助车削三个方向的切削力均小于普通车削切削力,并且随着振幅的增加切削力进一步降低。两种加工方式下细长轴的中间区域表面粗糙度均比两端差,但超声椭圆振动车削沿细长轴长度方向的表面粗糙度的均匀一致性优于普通车削。超声椭圆振动车削加工后的表面纹路较普通车削均匀缜密,且断屑效果优于普通车削,普通车削形成的切屑为连续切屑,切屑缠绕严重,而超声椭圆振动辅助车削的切屑形状为断续切屑,随着振幅的增大断屑效果提高。

超声振动辅助切削三维SiCp/Al复合材料温度仿真研究

铝基碳化硅(SiCp/Al)复合材料由于优异的性能在航空航天、汽车生产等领域中得到了广泛的应用。为了深入了解超声振动辅助车削SiCp/Al的切削机理,使用有限元仿真软件ABAQUS建立了超声振动辅助车削SiCp/Al的三维仿真模型,并分别对颗粒、基体及内聚力模型进行定义。针对所建立的三维模型仿真分别分析了不同切削速度、切削深度、刀具振幅以及刀具振动频率的SiCp/Al切削温度。从仿真结果可以看出:超声振动辅助切削SiCp/Al时,SiC颗粒的温度普遍比Al基体的温度要低,切削过程中工件的温度与切削速度、切削深度和刀具的振幅成正比,但是随着刀具振动频率的增加温度反而会降低,另外在剪切带的切削温度最高。

混联压电式三维椭圆振动切削过程中的颤振现象

三维椭圆振动辅助切削是近年来发展起来的一种很有潜力的精密超精密加工方法;其特有的摩擦力逆转和间歇切削特性不仅能有效地减少切削力,提高加工性能,理论上可以达到抑制切削颤振的目的。但是,实验中三维椭圆振动辅助切削对于颤振抑制的问题缺少相关研究;另外在不同切削条件下其本身是否具有稳定切削、防止颤振发生的能力也不得而知。为了研究三维椭圆振动切削过程中颤振现象,通过实验分析了普通切削与三维椭圆振动辅助切削过程中的时域振动信号,证明了后者对于颤振抑制的有效性;并对混联压电式三维椭圆振动切削过程中不同切削参数下的加工状态进行了划分。通过快速傅里叶变换以及计算相应切削状态下的表面粗糙度值,验证了三维椭圆振动辅助切削过程中的颤振现象。为进一步完善三维椭圆振动辅助切削技术,通过抑制颤振发生提高其加工精度以及表面质量提供了基础。

拟间歇振动辅助偏摆车削钛合金的切削力与切屑形成研究

钛合金近年来被广泛应用在航空航天、医疗器械和军事工业等领域中,然而钛合金所固有的低导热系数、低弹性模量和高化学反应性使其可加工性能较差。为深入了解拟间歇振动辅助偏摆车削钛合金的切削机理,建立了拟间歇振动辅助偏摆车削和普通切削加工钛合金的三维仿真模型,分析在不同切削速度(30mm/s,40mm/s,50mm/s)下钛合金加工的切削力与切屑形态。从试验结果可以看出:拟间歇振动辅助偏摆车削钛合金的切削力与切屑形成和刀具摆动有关,切削力存在摩擦力逆转和进给力逆转现象,有利于切屑排出,但随着切削速度的增加而逐渐减弱;拟间歇振动辅助偏摆车削钛合金的切屑形态为波浪形,切屑形成复印了刀具摆动的轨迹,切屑的波浪形随着切削速度的增加而逐渐衰退。本研究可以为难加工材料拟间歇振动辅助偏摆车削技术的完善提供理论指导。

基于有限元法和田口法的Inconel718超声椭圆振动切削参数优化

采用Advant Edge软件建立了Inconel 718超声椭圆振动车削有限元仿真模型。对比试验数据验证了有限元仿真模型的正确性。基于田口法,结合有限元法和部分析因法设计试验,获得了Inconel 718超声椭圆振动辅助车削过程中五个因子(切削深度、进给量、振动频率、振幅和切削速度)间以主切削力为指标的交互效应显著状况。根据五个因子间的交互效应显著状况并结合有限元法设计田口试验,引入田口法的信噪比分析,研究了这五个因子对主切削力的影响规律。根据各水平下各因子的信噪比分布,获得这五个因子有利于降低主切削力的最优参数组合。最后,通过对比仿真值与田口预测值,验证了田口法运用信噪比优化参数的有效性。

超声加工技术研究进展

超声加工技术依靠瞬时高频振动撞击对工件断续加工,具有极强切削能力的同时,具有较小的宏观切削力,主要用于硬脆材料的精密加工,能提高加工精度和表面质量。首先,阐明了超声加工技术的基本原理及其基本应用范围。其次,综述了超声辅助切削加工技术的研究进展,着重论述了超声辅助铣削净切削时间模型的建立以及模型正确性验证,总结了加工参数对刀具运动轨迹、工件表面质量的影响,阐明了椭圆振动切削能有效抑制切削颤振带来不利影响的原因;探讨了超声辅助磨削技术在加工非金属和金属材料时,对表面质量以及工件表面温度分布的影响;综述了超声辅助钻削技术的切削力和进给速度与普通钻削参数的比较。再者,介绍了超声波加工技术的新发展方向,包括三维椭圆超声振动切削技术、超声ELID复合磨削技术、超声EDM复合加工技术、超声辅助抛光的工作原理及最新研究趋势和能实现的试验效果。最后,总结了目前对超声加工技术及超声辅助或复合技术的研究。