一种改进的基于响应耦合子结构法的刀尖点频响函数预测方法

针对现有的基于响应耦合子结构法(RCSA)的刀尖点频响函数预测方法需要辨识主轴-刀柄、刀柄-刀具结合面参数以及需要自制刀柄模型等引起的预测误差和预测过程复杂等问题,提出一种改进的基于RCSA的铣刀刀尖点频响函数预测方法。该方法首先改进已有的子结构划分方法,将机床-主轴-刀柄-刀具系统划分为机床-主轴-刀柄-部分刀杆、剩余刀杆和刀齿三个子结构;然后改进主轴-刀柄处转动频响函数的计算方法,通过铣刀的模态锤击实验采用反向RCSA和有限差分法计算机床-主轴-刀柄-部分刀杆结构的转动频响函数,并基于Euler梁模型计算出剩余刀杆、刀齿子结构的频响函数;最后将三个子结构的频响函数耦合确定刀尖点的预测频响函数。以一立式加工中心为研究对象,应用所提出的方法对铣刀刀尖点的频响函数进行了预测,并与其实测频响函数进行对比。对比结果表明:刀尖点的预测频响函数与实测频响函数符合程度较高,其预测、实测前三阶固有频率之间的误差在6.9%以内,所提出的方法可行有效、简单方便,且可直接基于铣刀的模态实验计算主轴-刀柄的频响函数,避免了相关结合面参数的辨识和刀柄模型的制作。

用半理论法预测主轴系统刀尖点频响函数

采用半理论法,即理论与试验相结合的方法预测主轴系统刀尖点频响函数。首先,介绍半理论法的预测原理;然后,应用半理论法预测主轴系统刀尖点频响函数的流程,包括利用梁理论计算自由-自由状态刀具两端的阻抗矩阵、搭建主轴-刀柄频响函数测试系统、测试装卡短光滑圆柱的主轴-刀柄系统的频响函数、根据半理论法计算刀尖点频响函数和试验验证;最后,以某立式加工中心主轴系统为研究对象,应用该方法对刀尖点频响函数进行预测,并与试验进行对比以证明该方法的有效性。

基于RCSA与GA的铣刀刀尖点频响函数预测

基于响应耦合子结构分析法建立了铣刀刀尖点的频响函数预测模型,针对其中主轴—刀柄基座系统频响函数矩阵难以理论计算和实验测试的问题,提出了基于实验模态测试与遗传算法寻优相结合的主轴—刀柄基座系统频响函数矩阵的优化拟合方法。以VMC850E型立式加工中心主轴系统为研究对象,基于上述方法对铣刀刀尖点频响函数进行了预测,并与其实测频响函数进行对比。结果表明：刀尖点的预测频响函数曲线与实测频响函数曲线符合较好,预测频响函数的固有频率与实测固有频率在0~4 000Hz范围内的相对误差小于4.37%。

基于导纳综合法的立铣加工刀尖点动态特性预测

针对立铣加工系统中刀尖点动态特性理论预测的问题,研究了导纳综合法预测刀尖点位移导纳的方法.立铣加工系统被分为两个子系统,分割线位于刀具上.包含主轴的子系统结构复杂,不易精确建立动力学模型,因此采用试验方法获得其位移导纳.刀具子系统结构简单,采用有限元软件获得其位移导纳.两个子系统是具有不同截面的梁元件,二者通过单点结合,梁上节点具有平移和回转两个自由度.由两个子系统的位移导纳求出刀尖点的位移导纳.对上述方法进行了试验研究,以不同长度的45号钢棒为试验对象,获得了钢棒插入刀柄后的末端位移导纳.

基于铣刀精确建模的刀尖点频响函数预测方法

为准确地获取铣刀刀尖点频响函数,提出一种基于铣刀精确建模的刀尖点频响函数的预测方法。该方法基于RCSA理论和Timoshenko梁理论,将机床-主轴-刀柄-刀具系统划分为机床-主轴-刀柄-部分刀杆和剩余铣刀两个部分,并将剩余铣刀细分为剩余刀杆、过渡段以及多段刀齿。将铣刀分为对称型铣刀和非对称型铣刀两类,并针对每类铣刀各部分分别进行精确建模。以多把2刃和4刃铣刀为研究对象,进行实验测试,比较本文方法、等效质量法预测的铣刀刀尖点频响函数与实测刀尖点频响函数之间的差异,分析结果表明:该方法比等效质量法具有更高的预测精度,所预测频响函数的固有频率与实测频响函数固有频率的相对误差在5%以内。

加工中心刀尖点动柔度预测方法

绘制极限切削深度叶瓣图可以对加工中心切削稳定性进行有效评价,其前提是必须事先获取机床刀尖点动柔度,这已成为近年来机床切削颤振领域的研究热点。采用锤击模态实验获取动柔度,手段虽然简单直接,但需面向不同刀具重复实验,效率很低;常规子结构综合法虽然可以预测刀尖点动柔度,但涉及转角相关柔度的计算繁琐且精度有限。为解决上述问题,提出一种可以快速、准确预测不同刀具装夹时加工中心刀尖点动柔度的方法。该方法的核心在于首先利用改进子结构柔度耦合分析法推导出刀尖点动柔度计算表达式,然后借助模拟退火粒子群算法辨识出刀具—刀柄结合部等效动力学参数,在此基础上再次基于改进子结构柔度耦合法求得刀尖点动柔度。以某立式加工中心为研究对象,应用所提方法预测机床刀尖点动柔度,并与实测值进行对比分析,结果显示二者符合程度较高,从而验证了所提方法的有效性和准确性。

基于假想刀尖点为刀位点的C刀补技术

提出以假想刀尖点为刀位点的刀具补偿偏移算法。数控车床CNC系统以此为基础，可以开发直接根据实际对刀点进行编程加工的刀补控制程序，使数控车床的编程、对刀操作符合用户习惯做法。

主轴运行状态下机床刀尖点动力学行为分异特征辨识

刀尖点动力学特性直接影响切削稳定性和加工表面的质量。现阶段对主轴运行状态下刀尖点动力学特性的理论研究和实验研究分别存在着建模复杂和设备昂贵等局限性。为此,提出一种基于半理论法的主轴运行状态下刀尖点动力学行为分异特征辨识方法。该方法将分异特征辨识转化为一类优化设计问题,即以不同转速下刀尖点动力学特性参数为变量、以极限切深和颤振频率的实验标定值与理论预测值的偏差之和最小为目标构建优化模型,并借助粒子群退火优化算法进行求解,从而获得在不同转速下刀尖点动力学行为的分异特征及规律。以某型立式加工中心为平台,通过变切深铣削实验,对所提出的辨识方法进行验证,结果显示极限切深预测值与标定值吻合度较高。在不需复杂建模和昂贵实验设备的条件下,利用所提出的方法能够准确预测运行状态下刀尖点动力学行为分异特征,实现切削稳定性的精准预测,为进一步提高铣削加工质量和效率提供理论基础和数据支撑。

基于KNN的机床刀尖点频响函数预测

加工颤振是影响工件表面质量、加剧刀具磨损和降低机床寿命的重要原因,颤振抑制一直以来都是学术界和工业界关注的重点。稳定性叶瓣图是现有颤振抑制方法的重要依据,而机床刀尖点频响函数是绘制稳定性叶瓣图的主要输入。锤击试验法是目前获取刀尖模态参数最为准确的方法,但是在机床结构变化频繁的应用场景下,该方法效率低,机床需要长时间停机,难以满足实际生产要求。提出了基于KNN的机床刀尖点频响函数预测方法,将锤击试验法和KNN算法相结合,大幅减小了锤击试验的次数,同时准确获得机床刀尖点频响函数。在试验验证中,将该方法和传统RCSA方法进行对比,结果表明所提方法具有良好的准确度。

铣刀结合部参数辨识与刀尖点频响函数预测的方法研究

文中应用了一种数值分析和实验相结合的策略对结合部参数进行辨识。针对铣刀结合部,应用响应耦合子结构分析法,对刀具和刀柄之间的结合面参数进行辨识。将辨识结果应用于刀尖点频响函数预测。最后通过实验验证了所提出方法的准确性。

切削系统刀尖点动力学行为分异特征研究

作为切削系统工作特性的输出端,刀尖点动力学行为具有强非线性及分异特征,直接影响着零件加工质量与生产效率。现阶段,基于理论或实验方法的刀尖点动力学特性研究存在建模复杂或测试成本过高等局限性。为此,以基于逆稳定性求解的半理论方法为理论基础,充分考虑切削系统中刀尖点及工件的双柔性,提出一种刀尖点动力学行为分异特征辨识方法。该方法将刀尖点在不同运行状态下动力学行为分异特征的辨识转化为一类优化设计问题,即以不同运行条件下刀尖点动力学参数为变量,以理论预测与实验标定所得极限切深及颤振频率的综合偏差最小为目标构建优化模型并求解,从而揭示刀尖点动力学行为的分异特征及演化规律。通过实施变切深铣削实验,对所得结果进行验证。对比分析表明,所提方法能较准确地获取刀尖点动力学行为的分异特征,有利于实现运行状态下切削稳定性的精准预测。

直角铣头在五轴加工中的刀尖点补偿技术

针对直角铣头在五轴数控加工中刀尖点位置线性补偿的技术难题,通过对直角铣头的安装方式及刀尖点补偿算法等研究,采用了刀具参考点偏置补偿法、控制器双向刀长补偿法,解决了直角铣头在不同机床结构、不同数控系统的加工中心上,对内部空间狭小的复杂结构进行加工时易出现主轴干涉和运动轴超程的共性瓶颈问题,大幅度提升了加工中心的加工范围与适应性。目前,直角铣头已在多个航天器型号的复杂结构研制中得到成功应用。

一种新的预测铣刀刀尖频响函数的方法

为准确快速地预测铣刀刀尖点频响函数,提出一种基于逆响应耦合子结构分析(IRCSA)法辨识刀柄-刀具结合面参数的刀尖点频响函数预测方法。该方法通过建立计算刀柄末端频响函数矩阵和刀尖点频响函数矩阵的数学模型,利用逆响应耦合子结构分析法求取随频率变化的刀柄-刀具结合面参数。通过Cuckoo search算法及有限元分析确定刀尖点频响函数中对刀柄-刀具结合面复刚度矩阵变化最为敏感的固有频率,取该频率对应的结合面参数为刀柄-刀具结合面复刚度矩阵的辨识结果,由此计算出刀尖点频响函数。通过硬质合金圆柱棒、2刃铣刀和4刃铣刀进行验证,对比了所提预测方法、Cuckoo search优化算法预测的刀尖点频响函数与实测值三者之间的差异,实验结果表明该预测方法预测的刀尖点频响函数的固有频率和实测固有频率的误差在5%以内,所用时间约为Cuckoo search优化算法的1%,达到了较高的预测精度,并且更加省时、简便。

一种多误差因素影响下的空间误差建模方法

目前,关于机床空间误差建模的研究较少考虑由于机床自重引起刀尖点处的偏移量,导致空间误差模型的预测精度与实际结果存在偏差。为了解决上述问题,文章提出一种综合考虑几何误差和机床自重引起刀尖点处偏移量的空间误差建模方法。首先,基于多体系统理论和齐次坐标变换原理建立机床空间误差模型,其次利用正交实验法选出25组加工点,通过仿真分析得到样本点处机床自重引起的刀尖点处偏移量,并通过拟合建立刀尖点偏移量模型,揭示了刀尖点偏移量随加工位置的变化规律,从而建立了一种综合考虑几何误差和机床自重引起刀尖点处偏移量的空间误差模型,最终以“S”形试件为研究对象,进行仿真分析和实验验证,通过对比预测结果和实验结果发现获得的“S”形试件的轮廓误差变化趋势基本相同,残差值较小且低于测量结果的10%,验证了该方法的正确性。该方法的核心思想适用于各类多轴机床。

加工中心主轴系统两点结合RCSA逆算法

研究了加工中心主轴系统动力学特性理论预测方法,采用导纳综合子结构法对加工系统进行动力学建模.在动力学模型中,刀具和刀柄在2个单点结合,每个点具有一个横向位移自由度.两点结合的动力学模型无须考虑节点的转角自由度,因此简单可行.在求解方法上采用RCSA逆算法求解刀柄末端位移导纳矩阵,解决了刀柄结构复杂不易建模的难题和空间位移导纳有限不易测试的问题.然后进行算例研究,对长度为245,147和168 mm的刀具与相同刀柄耦合进行验证.结果表明,该RCSA逆算法能够准确求出刀柄位移导纳矩阵,并可根据刀柄位移导纳准确获得不同长度刀具安装进刀柄的复杂耦合情况下刀具末端的位移导纳.

数控加工刀尖圆弧半径补偿原理及刀补指令使用技巧

根据数控加工高精度制造的需要,从刀具实际几何角度分析编程刀尖点与切削刃切削点不重合而产生加工误差的几种情况和原因,阐明根据数控系统的补偿原理减小这种误差的基本方法和G41,G42,G40指令的应用技巧,对优化编制数控加工程序、保证加工精度有积极作用。通过半径补偿能消除车削右端面、锥面及圆弧时发生少切或过切的现象。

浅谈刀尖圆弧半径补偿在数控车削中的应用

在车削加工中,为提高刀尖强度,降低加工表面粗糙度,尤其是精车刀,常在刀尖处刃磨成圆弧过渡刃。由于该圆弧刃的存在,使得在加工圆锥和圆弧面时,会产生欠切或过切,工件尺寸产生加工误差。本篇讨论怎么用刀尖圆弧半径补偿功能来消除误差。

刀尖圆弧半径对数控车削加工精度影响的分析及误差补偿方法的研究

详细地分析了数控车削加工中,在车削内外圆柱面、台肩面、端面、内外圆锥面以及车削不同象限凹凸圆弧面时,刀尖圆弧半径的大小对加工精度的影响。导出了不同加工情况中误差大小的计算方法和误差方向的确定方法。论述了在各种不同加工情况下,误差的人工补偿和机床补偿方法。

数控车床刀尖圆弧半径补偿的应用及分析

本文以数控加工中,数控车床刀尖圆弧半径补偿在实际加工中的应用进行分析,通过分析数控车削加工过程中刀尖圆弧半径的影响,列出在不同情况下对实际加工精度影响。给出了在各种不同加工情况下出现误差的应对方法。

刀尖圆弧半径补偿在数控车削中应用的技巧和禁忌

论述了在数控车削加工中,利用刀具半径补偿功能的方法和优点,以及对该功能使用中的技巧和禁忌。