基于稳定域叶瓣图的加工中心铣削参数优化

以某柴油发动机缸体生产线的精基准定位面加工工序为研究对象,针对加工过程中存在的表面振痕明显、精度不足的问题,提出一种基于稳定域叶瓣图的加工中心铣削参数优化方法。分别进行了模态锤击实验和铣削力仿真实验,以获取加工中心的特征参数和铣削力系数,进而构建铣削稳定性叶瓣图,并实验验证了叶瓣图的准确性。在此基础上,以"金属去除效率"为评价指标,优化选取了加工中心铣削参数。该方法有助于提高加工系统的稳定性、加工质量和加工效率。

考虑模态耦合的球头铣刀颤振稳定域建模方法

球头铣刀广泛应用于曲面加工中,因此构造出针对球头铣刀的颤振稳定域叶瓣图意义重大。利用精细积分法对铣削系统二阶动力学方程进行时域数值求解,由切削刃与切触区域不同时刻的关系,确定出时域数值求解方程中所需要的刀刃瞬时切削部位,通过Floquet定理获得了高精度的颤振稳定域叶瓣图,并在三轴数控机床上进行了正确性试验验证。试验结果与预测结果相一致,表明所提供的方法能够为球头铣刀实现无颤振切削加工提供有力的技术支撑。

数控机床切削稳定性分析及实验研究

针对因机床结构的复杂性及零件加工轨迹不确定性,刀尖频响函数切削中难以保持恒定易造成稳定域图变化,导致机床切削参数选择不确定性问题,结合模态实验分别研究数控机床沿不同进给方向及机床主轴处于不同位置的颤振稳定域图预测;对同型号两台数控机床的切削稳定性进行对比分析。由实验采集切削中声音信号验证机床沿不同进给方向的切削稳定性存在差别。研究结果对实际加工中避免切削颤振及工艺参数选择具有指导意义。

ADC12铝硅合金高速铣削稳定性实验研究

建立了高速铣削系统动力学模型以及基于动态铣削厚度的多齿动态铣削力模型,并由此推导出轴向临界切深的理论公式;通过基于力锤激振的模态分析实验,测得机床-刀具系统的模态参数;进行ADC12铝硅合金高速铣削实验,测得铣削力以及表面粗糙度数值,求得其切削力系数;结合以上实验,利用MATLAB软件绘制出稳定性叶瓣图,并通过检测加工工件表面质量验证了其准确性;改变模态参数数值,研究分析了机床-刀具系统的固有频率、阻尼比以及刚度对铣削稳定性的影响。研究表明该方法对于提高加工效率以及改进机床性能具有一定的实际意义。

面向广义动态加工空间的机床切削稳定性研究

为了研究加工过程中变化的刀尖频响函数导致机床切削参数选择的不确定性,以主轴转速与运动部件位置为研究对象,提出基于广义动态空间的机床切削稳定性研究方法。该方法结合切削颤振理论与切削试验,推导工况下刀尖频响函数计算公式,通过引入正交试验法规划切削试验方案,确定主轴转速与运动部件位置对切削稳定性的影响程度以及最优参数组合,同时计算刀尖频响函数研究机床处于不同转速及位置的颤振稳定域图预测。将该方法运用于某型立式加工中心,识别主轴转速与主轴箱Z向进给位置显著影响切削稳定性,并确定刀具最优姿态,通过计算刀尖频响函数绘制颤振稳定域图,结合切削试验验证了该方法的有效性,为实际加工合理选择切削参数提供技术支持。

滚齿机振动特性和颤振稳定性分析

为减小不必要的振动,开展数控滚齿机系统动态特性和滚齿加工过程中自激颤振的稳定性模型及试验研究,设计并搭建数控滚齿机试验台;并基于铣加工颤振稳定性的研究思想,结合滚齿加工的运动学和动力学特点,推导出滚齿加工的加工稳定性模型;使用一种较为新颖的工作模态分析的方法进行加工过程中的动态模态参数识别。结果表明,滚齿加工稳定性的表达式能反映临界颤振稳定时的主轴转速与径向进给速度的关系;在较低转速范围内,主轴转速变化和过载对机床主轴模态频率影响较小;对模态阻尼影响较大,且对不同方向的模态阻尼影响方式不同。

铣削建模中多种切削力模型的分析比较

以圆柱螺旋立铣刀为例,分别研究了基于线性切削力模型、指数瞬时切削力模型、指数平均切削力模型以及一般多项式切削力模型的铣削建模及动力学仿真技术。首先,推导出各切削力模型下的切削力系数辨识算法,预测三向切削力并与实验进行对比;然后,根据再生颤振理论及频域法预测技术,推导出各切削力模型下的方向系数矩阵并预测颤振稳定域图。结果表明,线性与指数瞬时切削力模型在铣削力及颤振稳定域预测的精度上高于另外两种模型;指数平均模型在铣削力预测上的相对误差最大,较实验值的最大误差为16%,而一般多项式模型在颤振稳定域预测上的相对误差最大,较线性模型的最大偏差超过50%。

微细铣削加工表面位置误差的分析与预测

微细铣削系统的动态不稳定性会导致零件表面几何精度的偏差,以微细铣削加工表面位置误差为分析对象,在不考虑可再生颤振效应的加工条件下,建立了微细铣削系统动态切削力模型,确定了表面位置误差的分析方法。采用数值分析并结合前期的铣削试验,得到了微细铣削加工的稳定域叶瓣图和表面位置误差的解析解。对比了顺铣、逆铣加工的表面位置误差,详细分析了主轴转速和轴向切削位置对表面位置误差的影响。最后,通过把稳定域叶瓣图和表面位置误差数据组合在同一个图里面进行综合分析,预测表面位置误差并优化选择加工条件。

基于接触区域的球头铣刀颤振稳定域预报方法研究

运用半解析法精准搭建出球头铣刀与工件接触区域边界的投影方程,对铣削系统时滞动力学方程进行全离散时域数值求解,在单齿周期内球头铣刀视为圆弧切削的基础上,通过接触区域投影和切削刃投影不同时刻的关系,确定出数值求解方程中所需要的瞬时参与切削刀刃的实际切削部位,利用Floquet定理获得了不同转速下的临界切削深度,构建出了高精度的球头铣刀颤振稳定域叶瓣图,并在三轴数控机床上进行了试验验证,试验结果与预测结果相符合,表明了该方法的正确性。同时,与传统方法相比,这里所提供的方法拥有较高的预测精度,最后分析了不同参数对颤振稳定域的影响规律,为叶瓣图指导实际加工奠定了基础。

基于改进完全离散化法铣削系统稳定性研究

颤振是影响铣削质量和切削效率的重要因素之一。为提高铣削颤振预测精度,提出一种改进的完全离散化方法(U-FDM),基于二阶Lagrange多项式对刀具—工件铣削动力学系统时滞微分方程的延迟项和状态项进行数值迭代,根据Floquet原理构建出了高精度的颤振稳定域叶瓣图。单自由度特征值收敛特性分析表明,当离散化间隔数大于50时,二阶完全离散化方法(2-FDM)与一阶完全离散化方法(1-FDM)的收敛速度基本相同,U-FDM收敛特性最优;经叶瓣图对比分析可知,改进的完全离散化方法具有较高的拟合精度,计算效率相比半离散方法(SDM)单自由度和两自由度分别提升了70.6%和64.9%。通过试验获取铣削加工响应信号进行时域、频域和同步采样分析,结果表明所提铣削动力学模型和U-FDM算法是有效的,为叶瓣图指导实际加工奠定了基础。