端铣加工参数对铝合金表面粗糙度的影响研究

为研究端铣加工参数对铝合金表面粗糙度值的影响,采用正交试验方法对铝合金进行铣削试验。试验结果表明:在机床恒转矩区时,主轴转速是表面粗糙度的最大影响因素;在机床恒功率区时,进给速度对表面粗糙度的影响最大,主轴转速的影响最小。建立无量纲化计算公式,以低粗糙度值和高材料去除率为条件,得到了端铣加工铝合金的最优化加工参数。

几何及物理因素对端铣表面粗糙度的影响研究

本文对端铣加工时几何因素和物理因素对表面粗糙度的影响进行了研究。研究结果表明,两者在不同的主轴转速区间对表面粗糙度的影响不同:在主轴转速的主要切削区间,几何因素对表面粗糙度的影响占主要地位;而在其他主轴转速区间,物理因素是影响表面粗糙度的主要因素。建立了端铣的加工残留面积高度模型,推导出其表面粗糙度计算公式。最后进行了切削试验,验证了几何因素和物理因素对表面粗糙度的影响机理,也验证了所推导的表面粗糙度计算公式的有效性。

五轴端铣加工中3D刀具半径补偿研究

为了解决五轴端铣加工的3D刀具半径补偿的难题,在现有CAM软件UG的基础上,深入研究各种类型刀具的补偿向量的计算方法,并开发了一种双转台型五轴机床专用的后置处理程序,该程序可以输出带有补偿向量的数控G代码。最后通过仿真软件VERICUT和实际加工进行了验证,结果表明该补偿算法完全满足系统加工的要求。

自由曲面的五坐标端铣加工研究

针对自由曲面的五坐标端铣加工,建立了平底刀有效切削轮廓的数学模型,分析了刀具姿态对有效切削轮廓及加工效率的影响。沿行距方向,通过对被加工曲面法截线的偏置曲线与有效切削轮廓求交,得到一种走刀行距的计算方法。探讨了影响走刀行距的因素,在不发生干涉的前提下,小的后跟角和侧偏角有利于加工行距的提高。结合平底刀加工不发生过切的充要条件和被加工曲面沿行距方向的法曲率,给出了后跟角的自动计算方法。算例表明,所提出的走刀行距及刀具倾角的计算方法合理可行,能够有效提高计算精度和加工效率。

基于模糊的端铣加工参数多目标优化模型

分析了端铣加工参数传统优化模型的缺陷 ,引入模糊数学方法描述具有模糊性的经验参数、经验约束以及目标函数 ,建立了端铣加工参数的多目标模糊优化模型 .根据模糊集合原理将模糊模型转化为一个传统的单目标非模糊优化问题 ,从而可采用任一非线性规划求解器进行求解 .由于考虑了实际加工中多种模糊因素的影响 ,模糊优化模型更符合生产实际 .算例表明 ,模糊优化解具有优越性 .

基于斜角切削的曲线端铣切削力建模

切削力预测是制定与优化加工工艺的重要环节。针对曲线端铣加工过程,提出一种基于斜角切削的切削力建模方法。将刀具沿轴向微分,以曲线微分几何计算微元刃上的工作基面。在微元刃的工作法平面参考系中,应用最小能量原理,构建微元刃中力矢量、速度矢量、流屑角、法向摩擦角、法向剪切角及剪应力等切削参数之间的约束。以单齿直线铣削试验对切削参数进行标定,其中法向摩擦角、法向剪切角及剪应力等可表示为瞬时未变形切屑厚度的函数。选取高强度钢PCrNi3MoVA试件,分别进行圆弧和Bézier曲线端铣加工试验。试验结果表明,曲线端铣时切削力的变化与瞬时进给方向和曲线曲率相关。切削力预测值的幅值大小和变化趋势与试验值一致,验证了该切削力建模方法的有效性。

38CrSi高强度钢端铣铣削力系数实验研究

建立了端铣动态铣削力模型和铣削力系数经验模型,进行了38CrSi高强度钢端铣实验,采用偏最小二乘法对铣削力系数经验模型系数进行辨识,分析了切削参数及其互交作用对铣削力系数的影响变化规律.实验结果表明:在选定的实验范围内,铣削力模型和铣削力系数经验模型均具有较高的精度;每齿进给量对铣削力系数影响最显著,轴向切削深度次之,切削速度影响最小;切削参数之间的交互作用可以忽略.

端铣Ti40阻燃钛合金的刀具磨损破损形态及其机理

分别采用油冷和低温喷雾射流冷却方法开展了涂层硬质合金刀具端铣Ti40阻燃钛合金试验,结合铣削力和铣削温度,对刀具磨损破损形态及其磨损机理进行了系统研究.结果表明:涂层硬质合金刀具在铣削Ti40阻燃钛合金时主要磨损形式为前刀面月牙洼磨损和后刀面边界磨损;前后刀面破损形态主要表现为涂层贝壳状剥落、裂纹和微崩刃.磨损机理主要是黏结磨损、磨粒磨损、氧化磨损及疲劳破损的综合作用.铣削高温是造成硬质合金刀具快速磨损的主要原因.低温喷雾射流冷却方式明显降低了铣削温度,减轻了刀具黏结磨损、氧化磨损,同时抑制了刀具边界磨损的发展速度,因而大幅度提高了刀具的耐用度.

复杂曲面五轴端铣加工刀具轨迹规划研究进展

五轴端铣加工是提高重点工业和国防领域复杂曲面类零部件加工质量和加工效率的重要手段。围绕刀位优化、刀路规划和刀轴矢量优化三个关键问题,综述近年来五轴端铣加工刀具轨迹规划技术的研究进展。根据刀具和工件曲面之间切触点数量,将五轴端铣加工刀位优化算法分为单点切触、多点切触和无切触点三类,并建立多点切触刀位优化的通用数学模型。然后系统梳理了刀路规划、全局干涉检测及刀轴矢量优化理论和方法。最后分析了当前研究存在的不足,指出五轴端铣加工刀具轨迹规划应该尽可能从整体角度出发,且应充分考虑机床的运动学和动力学特性,同时应加强多点切触加工理论和应用研究,使其在工程实际中真正发挥高效优势。

端铣工艺非线性动力学特性的研究

混沌是非线性动力学系统的一种运动形式。作为机械振动理论的一个新的研究分支,它得到了大量的研究。机床-刀具-工件-夹具作为一个复杂的非线性动力学系统,存在大量的非线性因素影响着系统的特性。通过研究系统相空间的Poincare截面和最大Lyapunov指数,对端铣铣削工艺中的混沌现象进行了研究。

基于再生颤振的端铣动态铣削过程建模与仿真

以切削颤振理论为基础，建立了端铣动态铣削过程的动力学模型，并运用数字仿真技术，在引入状态空间变量的前提下，对动态端铣过程进行了时域仿真研究。仿真结果表明，此法与以往单齿切削的离散递推仿真法相比，具有实用性强，仿真精度高，数值稳定性好等特点．

多齿端铣切削振动的计算机仿真

建立了多齿端铣切削过程动力学模型 ,开发了切削振动仿真的微机通用软件 .数字仿真多齿端铣切削振动的结果 ,同他人实验结果和实际经验相符、同仿真单齿端铣切削振动的结果相似或互相衔接 ,表明模型的正确性、软件的实用性 .指出多齿连续端铣时随着铣刀齿数增加 ,切削强迫振动幅度减小 ,而稳定性极限铣削深度也随之降低 ,容易发生自激振动 .

轴流式叶轮端铣加工刀具轨迹生成研究

为提高曲面求交算法的计算效率,改进五坐标自由曲面端铣加工在工程应用中的不足,对轴流式整体叶轮端铣加工的关键技术进行了研究。利用B样条曲线的局部性质,通过恰当选取迭代初始值,提高了曲面求交算法的计算效率;改进了参数筛选法确定刀具轨迹步长的算法,缩短了生成程序的长度,提高了加工效率。依据上述算法自主开发了轴流式整体叶轮专用计算机辅助设计/计算机辅助制造软件,并对该软件生成的刀具轨迹进行了仿真和实际加工验证。仿真和实验结果证明本文提出的算法切实可行,对开发具有自主版权的计算机辅助设计/计算机辅助制造软件有一定的借鉴意义。

平面曲线端铣加工过程铣削力的建模与预测

针对平面曲线端铣加工过程,提出一种考虑瞬时进给方向的铣削力预测方法。铣削加工时每齿进给量、切入/切出角以及瞬时切屑厚度等铣削参量随着曲线曲率的改变而变化,将单个频齿周期内的曲线加工过程看做是一系列铣削条件恒定的微小稳态加工过程,建立了等效进给量、切入/切出角的矢量计算模型,通过计算每一微小阶段的铣削参量,推导了平面曲线端铣中基于傅里叶级数展开的铣削力模型。以PCr Ni3Mo VA钢为工件材料,分别进行圆弧和Bezier曲线端铣加工试验,试验结果表明,预测的铣削力在幅值和变化趋势上与试验测量结果吻合良好,验证了该铣削力预测方法的有效性。

端铣加工表面误差预报模型

通过对工艺系统的受力分析,考虑整个工艺系统的受力变形对表面加工误差的影响,提出了端铣加工表面误差的静态预报模型.该模型可以对复杂表面形状零件的端铣加工表面误差进行预报.针对通用有限元程序计算耗时较长的特点,设计了一种适用于本系统的有限元计算新方法,缩短了计算时间.同时开发了端铣加工表面误差预报的软件,可应用于CAD/CAM/CAE软件包.经实验验证,该模型预报结果和实测值有很好的一致性.

五轴端铣摆线齿轮刀具轨迹规划及试验研究

提出以端面铣刀代替球面铣刀端铣摆线齿轮齿廓的加工方法。利用前倾角和侧倾角分别解决端铣刀局部干涉与刀杆碰撞干涉问题的方法,得出无干涉加工摆线齿轮刀轴前倾角的计算公式。建立端铣摆线齿轮的几何模型和五轴数控仿真模型,获得其无干涉刀具轨迹。利用五轴联动立式加工中心实现摆线齿轮的高速端铣加工,得到精加工的摆线齿轮样件,并对精加工的摆线齿轮齿廓的精度和表面粗糙度进行了测量和分析。该摆线齿轮样件的最大偏差值为0.051 mm,最小偏差值为-0.085 0 mm,所测齿廓表面粗糙度的平均值Ra为0.504 6μm。研究结果表明:高速端铣摆线齿轮的加工方法可以达到磨削摆线齿轮的加工精度,实现了摆线齿轮加工的"以铣代磨"。

对于2D端铣中恒定切削进给的刀具路径修正研究

本课题提出了一种新的刀具路径的生成方法,其目的是在精加工阶段使得刀具以所需要的恒定进给角度进行加工。通过应用此方法,在精加工阶段的切削力可以维持在1个恒定的水平,这样就自然改善了曲面的加工质量。

纵扭共振旋转超声端铣碳纤维复合材料的试验研究

碳纤维复合材料加工中易产生分层、毛刺、撕裂等缺陷,是难加工材料。通过建立超声端铣碳纤维复合材料模型,分析两种角度下端铣碳纤维复合材料机理。采用纵扭共振旋转超声端铣和普通端铣碳纤维复合材料进行试验研究。试验结果表明:纵扭共振旋转超声端铣下,碳纤维复合材料已加工表面平整,刀具磨损少;而普通端铣条件下的已加工表面沟槽、凹坑较多,刀具磨损较大;超声端铣效果优于普通端铣。

复杂结构件端铣加工过程仿真及表面误差预测

针对复杂结构件端铣加工变形问题,用理论与实验相结合的方法进行端铣加工过程仿真及误差预测.用实验方法对修正的端铣切削力理论模型进行验证,将理论计算与有限元方法相结合,采用加工过程离散与载荷等效的方法将瞬态切削载荷动态施加于工件的有限元模型上,应用热-力耦合分析方法,模拟复杂结构件的端铣加工过程,预测工件被加工表面变形误差.实验及仿真结果验证了所提出的仿真预测方法的可行性与有效性.

平底刀五轴端铣3D刀补中运动突变的检测算法

应用3D刀补功能进行五轴端铣加工时,如果某一点处的刀具半径补偿矢量出现奇异解,会导致直线轴控制点在该位置附近发生运动突变。为了准确检测出发生运动突变的位置,从而为进一步解决该类型突变问题提供前提条件,以平底刀为研究对象,在建立切触点与直线轴控制点空间映射关系的基础上,分析了3D刀补中加工奇异点产生的原因;针对奇异点、奇异点相邻点以及奇异区域边界三处会发生运动突变的位置,给出了基于计算刀轴法矢量夹角与观察刀轴姿态主导角符号的检测算法。仿真实验证明了该算法的正确性与有效性。