基于表面形貌仿真模型的球头铣削参数多目标优化

切削参数的选择对铣削加工的表面质量影响较大,在保证加工效率的前提下提高球头铣削加工的表面质量具有重要的意义。采用数学建模的方式,建立基于响应曲面法的球头铣削三维表面形貌仿真模型,以表面形貌(三维表面形貌算数平均偏差)S_(ba)作为衡量表面质量的技术指标,分析各切削参数对其影响规律,并结合加工效率数学模型,多目标优化切削参数。研究表明,在保证其它加工条件不变的前提下,三维表面形貌的算术平均偏差与每齿进给量f_z和径向切深a_e呈正相关关系,而切削速度v_c和轴向切深a_p的影响不显著。优化后的5组切削参数在表面形貌和加工效率方面都有较好表现。

基于分形理论的球头铣削表面形貌研究

表面形貌作为表面完整性的重要组成部分,直接影响零件的耐磨性、配合稳定性以及疲劳特性。基于W-M分形模型对二维工程表面进行仿真,分析了分形维数D和特征尺度系数G对表面轮廓的影响,证明了分形维数表征表面形貌的可行性。通过在不同走刀路径下多轴球头铣削AISI H13钢试验,并运用MATLAB编程得到不同加工表面形貌的分形维数。分析结果表明:分形维数对复杂形状中的微观组织结构有很强的分辨能力;当径向切深与每齿进给量的比值为1 <m <2时,铣削表面形貌的微观组织结构最简单。本研究结果可为三维表面形貌的表征方法提供参考价值。

基于五轴球头铣削加工刀具朝向的抑制颤振方法研究

针对五轴球头铣削过程中的颤振问题,研究了刀轴倾角对铣削稳定性的影响。为更好地描述刀具和工件的相对位置关系,建立局部刀具坐标系和工件坐标系,并给出两者的转换矩阵。为建立铣削力模型,采用微元化的思想,利用Altintas模型进行建模,最后建立五轴铣削系统的动力学模型,利用傅里叶变换转换为频域数学模型,用频域法进行铣削稳定性判定。

基于MATLAB和Visual C++数值模型的球头铣削切削力研究

在机械加工中,切削力影响刀具性能,研究切削力以判断刀具磨损状态具有重要意义,国内外学术界在切削加工过程中的模拟仿真开展了广泛研究,以动力学为对象的研究最受关注。本文以整体式球头铣刀为研究对象,基于其刃线几何模型和切削力模型,运用Matlab和Visual C++两种广泛使用的仿真和开发软件,采用微分化方法建立了考虑刀具和机床偏心的球头铣削切削力模型。对该模型进行了仿真分析,并对实验数据与仿真结果对比比较,证明该切削力模型可对铣削过程中的切削力做出准确的预测。该研究对于现代家电复杂零件模具的加工具有重要指导意义。

利用正交切削参数预测球头铣削力

本文介绍了用螺旋球头铣刀，在不同切削速度，进给等条件下进行了正交切削试验，测量基本的切削参数，前刀面上产生的剪应力平平均摩擦系数，剪切角等，并将切削力分成刀力或犁沟力与剪切力，螺旋槽分为不同的小斜切削刃。

模具钢球头铣削加工表面微凹坑形貌形成机理及摩擦特性研究

以冷作模具钢Cr12MoV为研究对象,并以改善球头铣削加工表面摩擦特性为目标,通过切削加工试验与摩擦磨损试验,研究球头铣削加工表面微凹坑形貌的形成机理,并分析每齿进给量对微凹坑表面形貌参数与摩擦磨损性能的影响规律。结果表明,采用较大的每齿进给量与径向切深组合可获得显著微凹坑特征的表面形貌,且增大每齿进给量会提高微凹坑边缘等高程度与厚度;表面轮廓均方根偏差和偏态均随每齿进给量的增大而增大,而峰态随每齿进给量的增大而减小;该类形貌能产生流体动压润滑效应和储存磨屑,这使其具有良好的减摩性能;与抛光表面相比,以每齿进给量0.3 mm/z铣削的表面摩擦系数低18.1%。

凸曲面拼接模具球头铣刀的瞬时铣削力预测

在曲面模具拼接区域球头铣刀铣削过程中,刀具载荷变化大,瞬态铣削力有突变现象,影响模具拼接区域的加工精度和表面质量。为了预测拼接区域球头铣刀的瞬态铣削力,首先,建立考虑冲击振动的球头铣刀三维次摆线轨迹方程,得到瞬时未变形切屑厚度模型;然后,基于铣削微元的思想,建立凸曲面双硬度拼接模具球头铣刀的瞬态铣削力模型,该模型能够综合考虑拼接区冲击振动、硬度变化、刀具工件切触角度变化对瞬态铣削力的影响;最后,进行凸曲面拼接区域球头铣刀铣削加工实验。实验结果表明,预报的瞬态铣削力和实验测量结果在幅值上和变化趋势上具有一致性,在平稳切削时最大铣削力预测误差值基本在15%以内,验证了该模型能有效地预报凸曲面模具拼接区域球头铣刀的瞬态铣削力。

基于铣削系统动力学响应的球头铣刀铣削表面形貌建模

基于系统动力学响应完成弱刚度球头铣刀铣削系统中铣削表面形貌建模,对于提高表面质量具有重要的理论价值。为此,借助齐次坐标变换原理建立球头铣刀刀齿的运动学轨迹,按照机械建模法提出铣削力的求解方法,根据再生振动理论建立柔性刀具-柔性工件铣削系统的动力学模型,基于全离散法提出考虑变时滞效应的工艺系统动态位移求解方法,并采用线性插值法修正刀齿运动轨迹;综合Z-MAP法和数值法提出球头铣刀铣削表面形貌仿真方法,在完成加工轨迹驱动的表面形貌几何仿真的基础上,实现考虑振动诱导下工艺系统动态位移的表面形貌物理仿真;以硬质合金球头铣刀铣削7050-T6进行验证性实验。实验和仿真结果具有较高的一致性,表明该仿真方法是有效的,可以为实际加工参数的选择和优化提供理论依据。

采样间距对球头铣削表面三维形貌参数的影响

采用整体硬质合金球头铣刀加工模具钢,并用光学轮廓仪对铣削表面进行了测量,研究了采样间距对表面三维形貌幅度参数中的平均偏差、均方根偏差、十点高度、偏斜度、峭度和功能参数中的表面支承指数、核心区液体滞留指数、谷底区液体滞留指数的影响,并以此探讨了不同每齿进给量fz和径向切深ae下,测量球头铣削表面时采样间距的选取。结果表明:测量球头铣削表面用于三维参数表征时,存在最优的采样间距,L为Min(fz,a)//10。在此采样间距下,采样效率较高且三维表征参数与采样间距更小时基本一致。

球头铣刀数控加工表面形貌几何仿真的研究

几何仿真是建立铣削力预测模型的基础,而传统的几何仿真只考虑刀具的平动而忽略其转动。本文在同时考虑刀具平动和转动的基础上,利用工件Z-Map表示模型和刀刃离散表示法,提出了一种球头铣刀三轴数控铣削的微观几何仿真算法。该算法鲁棒性好、适用范围广,不仅能高效而准确地仿真铣削表面形貌,而且能准确提供切屑的轮廓,为建立精确的切削力预测模型提供了重要的几何参数。

弯管内表面铣削加工粗糙度仿真研究

基于一种新颖的内置导轨弯管内表面铣削加工装置,建立针对弯管内表面加工粗糙度预测的球头铣刀铣削加工仿真数学模型,并采用MATALB进行仿真加工计算与微观几何形貌绘制。通过等切削参数实验验证模型有效性,对比表面轮廓仪观测的实验加工表面与模型计算输出的表面微观几何形貌特征,二者呈现相同的变化趋势,且粗糙度值Ra相对误差最大为15.7%,在允许范围内。模型可信度高、可靠性强,对研究弯管内表面加工粗糙度的影响因素有一定理论指导意义。

曲面铣削过程加工路径对切削力和磨损的影响研究

针对不同走刀路径下的复杂曲面加工过程进行球头铣刀铣削Cr12MoV加工复杂曲面研究,分析不同走刀路径下铣削力和刀具磨损的变化趋势。试验结果表明:通过对比分析直线铣削和曲面铣削过程中的最大未变形切屑厚度,可以得出单周期内曲面铣削的力大于直线铣削过程的力,铣削相同铣削层时环形走刀测得的切削力普遍大于往复走刀测得的切削力;以最小刀具磨损为优化目标,运用方差分析法分析得出不同走刀路径的影响刀具磨损的主次因素,同时利用残差分析方法建立球头铣刀加工复杂曲面刀具磨损预测模型,并通过试验进行验证。

γ-TiAl基金属间化合物机床铣削中的切削力预测

针对γ-TiAl基合金因室温脆性导致其加工较为困难的问题,提出一种采用正交斜变换技术对γ-TiAl基金属间化合物Ti-48Al-2Cr-2Nb铣削加工切削力进行预测的方法。利用正交车削试验测量切屑厚度、切削力和进给力等,计算出剪切应力、剪切角和摩擦角等基本切削参数。采用正交斜变换技术确定铣削加工的切削系数,并利用端面铣削的切削力解析模型对切削力进行仿真。此外,研究了涂层对摩擦因数、剪切应力、剪切角和切削力的影响。在不同的切削条件下,分别通过端面铣削和球头铣削试验对切削力预测结果进行了验证。结果表明:切削力的预测值与实测值吻合较好,验证了力学模型的有效性;对于AlCrN和AlTiN涂层,端面铣削的切削力估计误差分别在20%和13%内;对于AlCrN涂层,球头铣削的切削力估计误差在15%内。

球头铣刀铣削斜面的三维有限元仿真研究

在能源动力、汽车、航空航天、模具制造等关键零部件的加工过程中,球头铣刀因其特有的刀具几何结构,常作为零件加工的最终成型刀具。考虑到在球头铣刀立铣加工中不同的刀具与工件相对姿态会对切削过程产生不同的影响,本文研究切屑形成和不同走刀方式下切削过程中各物理量(切削力、切削温度等)的变化情况,结合有限元仿真技术在切削加工中的应用,建立硬质合金球头铣刀铣削斜面的有限元模型,模拟相同切削参数下,八种不同走刀方式的球头铣削过程,分析刀具切入切出工件时切屑的形成过程,探究切削力和切削温度的变化规律。仿真结果表明:不同的走刀方式,平均切削合力各不相同,同时切屑和工件的最大切削温度也出现较大差异,而斜坡上坡逆铣的走刀方式所对应的平均切削合力和最大切削温度均最优。

基于半解析法的球头铣刀静态铣削力的建模

提出球头铣刀静态铣削力的半解析建模方法。基于齐次坐标变换原理建立考虑刀具姿态调整的刀齿切削运动轨迹方程。用球面代替刀齿扫掠面,将加工过程中刀具和工件瞬时接触区域(简称刀-工切触区域)的识别转换为其三条边界线和三个交点的求解问题,基于齐次坐标逆变换原理提出刀-工切触区域的半解析求解方法。通过Newton-Raphson数值法计算出参考线与刀齿实际扫掠面的交点,获得瞬时未变形切屑厚度。基于改进机械建模法求得微元铣削力,借助齐次坐标变换原理将微元铣削力转化至主轴随动坐标系,并通过积分法求解出瞬时静态铣削力。切削力验证试验表明,所提出的球头铣刀铣削力求解方法可以有效地预测铣削力,与改进Z-MAP法相比具有更高的计算效率。

切削力建模方法综述

航空航天工程广泛采用薄壁复杂结构零件,实现其高效精密数控加工关键技术具有重大的现实意义．传统的CAD/CAM软件在确定切削策略和规划刀位轨迹时,一般仅基于零件的理想几何形状．由于切削力引起的刀具、零件显著的加工变形即“让刀”现象,必然导致零件的实际加工表面与理论值之间存在较大偏差．工程师往往不得不通过选用比较保守的切削用量和多次重复精加工过程来保证零件的加工精度．为了能够从根本上解决这一问题,很有必要通过建立准确的切削力预报模型,仿真切削加工的物理过程,揭示工件和刀具的加工变形规律,补偿原始数控刀具轨迹,最终达到改善工件加工精度和提高加工效率的目的．本文综述了各种不同的切削力建模方法,包括基于切屑形成机理的二维正交切削力模型、基于单位切削力系数的铣削力模型、神经网络模型以及模糊灰色理论等．目的是为实现薄壁复杂结构零件的加工变形预测控制、关键工艺参数优化以及加工过程的物理仿真提供理论基础．

刀具姿态对H13模具钢加工表面残余应力的影响

测量高速铣削条件下采用不同刀具姿态加工淬硬H13模具钢后的残余应力,实验结果表明:不同的刀具姿态对表面残余应力幅值有较大影响;相同的刀具姿态,切削方式不同也会影响表面残余应力的变化趋势。实验结果显示逆铣条件下前倾角15°、侧倾角-15°时表面残余压应力最大。分析刀具刃线与工件的接触几何模型特征,得出铣削后残余应力分布规律,优化高速铣削刀具姿态参数。