基于LSO-BP模型的铝合金薄壁零件铣削力预测

铣削力是铝合金薄壁零件铣削加工中很重要的过程参量,其信息的准确反馈对减小工件变形有着十分重要的作用,因而需要实现铣削力的精准预测.首先,通过铝合金薄壁零件铣削加工的仿真实验获得铣削力数据;其次,针对传统BP神经网络的弊端利用狮群算法进行改进,并将铣削力数据导入改进后网络进行训练,从而建立LSO-BP预测模型;最后,分别利用LSO-BP模型、PSO-BP模型和传统BP神经网络模型预测铣削力.均方根误差、平均相对误差和相关系数等评价指标的对比结果表明,LSO-BP模型预测铣削力的性能明显优于PSO-BP模型和传统BP神经网络模型.

实时监测铣削力的分体式智能刀柄设计与切削测试

实时监测切削过程可提升表面质量和切削效率,为解决台式测力仪价格昂贵、布置装置过程费时费力等问题,提出了一种可同时测量三轴切削力和相应扭矩的分体式智能刀柄设计方法,搭建了实时监测铣削力的无线传输智能刀柄系统,并基于Kistler 9257B测力平台开展动态测试,验证了智能刀柄铣削力数据的准确性。

立铣微晶陶瓷的切削层面积及铣削力研究

针对立铣刀铣削微晶陶瓷的铣削力变化问题,研究了加工参数对切削层面积的影响,建立了铣削加工参数与最大和最小切削层面积的关系,并通过不同加工参数下的立铣微晶陶瓷的试验,分析了铣削力与铣削加工参数的关系及原因。结果表明:铣削力与切削层面积呈正比关系,切削层面积的变化可以反应铣削力的变化;铣削力和最大切削层面积均与主轴转速成反比,与进给速度、径向切深成正比;适当增大主轴转速、进给速度、径向切深在增加材料去除率的同时保持较小的铣削力及铣削力波动,且在a_(p)=h_(c)时的铣削力波动最小。

铣削激光增材制造TC4钛合金铣削力的研究

为满足工件的表面质量的要求,对激光增材制造的TC4钛合金进行铣削加工,从而可以实现更高精度的加工要求。为研究铣削用量对铣削激光增材制造钛合金的铣削力的影响,建立了铣削激光增材制造(selective laser melting, SLM) TC4钛合金的仿真模型;另外,采用与仿真模型相同的铣削用量进行了铣削试验,对仿真和试验结果进行了极差分析。分析结果表明,轴向切深a_(p)对铣削力影响程度最大、其次为铣削速度v_(c)和每齿进给量f_(z)。最优铣削参数为铣削速度v_(c)=55 m/min,每齿进给量f_(z)=0.04 mm/z,轴向切深a_(p)=0.3 mm。铣削仿真和试验的误差对比分析结果表明,所建立的铣削仿真模型是合理可行的,因此,基于此铣削仿真模型,采用单因素试验法进行了仿真和铣削试验,研究结果表明,随着铣削速度、轴向切深和每齿进给量的增大,铣削力增大,但当铣削速度超过75 m/min时铣削力反而减小。

基于接触区齐次变换的球头铣削力预报与分析

精准求解球头铣刀-工件接触区(Cutter-workpiece engagement,CWE)已成为研究其力学行为的关键问题。现有球头CWE的求解方法存在效率低、通用性不佳和工程适用性不强等局限性。为此,本文提出一种基于齐次变换矩阵的CWE求解方法并借此实现球头铣削力预报和分析。首先,以铣削过程的几何特性分析为切入点,构建无倾角CWE解析方程组;然后,从多体系统理论的视角出发,通过齐次变换方法将球头铣姿态参数表征为坐标矩阵,由此推导出其在任意姿态下的解析表达式,进而将铣削过程时域离散化并对CWE内有效铣削刃及其演化过程进行分析。在此基础上,开展球头铣削力测试试验来检验该求解方法与铣削力分析的可靠性和精准性。研究结果表明,所提CWE求解方法可在较大程度上简化求解过程,且对铣削力的预报可靠、精准性高;前倾角或侧倾角的增大会减少切削刃在铣削周期中的铣削时间,并使得铣削周期内的平均铣削力降低;采用较小的前倾角时可获得较大的铣削力。

工艺参数对30CrMnSiA高强钢铣削力及铣削温度的影响

30CrMnSiA高强钢具有较高的强度和良好的耐磨性、抗疲劳性和抗冲击性,被广泛应用于航空航天等领域。为研究工艺参数对30CrMnSiA高强钢铣削力和铣削温度的影响,采用正交试验法进行铣削试验,运用极差分析、方差分析以及有限元仿真研究了铣削力和铣削温度,并通过多元回归分析得到了铣削力的经验公式。结果表明:进给速度对铣削力的影响较大,铣削宽度、铣削深度和主轴转速影响较小,且各铣削参数主要影响X方向铣削力,对Y方向和Z方向影响较小;铣削参数对铣削温度的影响程度大小:铣削深度>铣削宽度>主轴转速>进给速度。

考虑刀具尺寸效应和刀具跳动的球头铣刀五轴微细铣削力预测

五轴微细铣削技术广泛应用于微小型零件的精密加工过程。铣削力作为加工过程中最重要的参数之一,直接影响零件的加工精度、刀具磨损和加工过程中的振动等。在球头铣刀五轴微细铣削过程中,刀—工接触几何CWE(Cutter Workpiece Engagement)及未变形切屑厚度瞬态变化,使其求解过程变得复杂和困难。综合考虑不同前倾、侧倾角度下的刀—工接触几何,推导出考虑最小切屑厚度、刀具跳动和工件材料弹性恢复的未变形切屑厚度数学表达式,建立了五轴微细铣削力的预测模型,获得铣削力的仿真结果。进行五轴微细铣削实验获得实测铣削力,并与预测铣削力进行比较,结果表明,铣削力预测值与实测值误差均在20%以内,验证了铣削力预测模型的有效性。

基于高速切削的钛合金铣削力分析及切削参数优化

基于高速切削理论建立了切削钛合金TC4的铣削力理论模型,进行了铣削力有限元仿真分析,并开展了正交铣削实验,获得了刀具尺寸一定时高速切削情况下主轴转速n、每齿进给量f z、轴向切深a p对铣削力的影响规律。结果表明,与普通切削情况相似,轴向切深a p对铣削力影响最大;以铣削力望小与材料去除率望大为目标,使用Pareto模拟退火算法对切削参数进行多目标优化,得到了使铣削力较小的同时材料去除率较大的解集,并通过铣削实验验证了最优解的可行性。

基于主轴电机电流的铣削力模型的试验研究

针对利用测力仪或测力系统测得铣削力的数据,然后通过数学方法获得铣削力经验公式的试验方法,依据硬质合金铣刀的铣削力经验公式,根据电主轴恒转矩的调速特性,建立主轴电机电流和铣削力之间的对应关系,间接测得金属陶瓷铣刀的铣削力。采用回归分析法得到铣削力经验公式,然后验证了它的可靠性,克服了利用测力仪或测力系统求切削力经验公式存在的测力仪安装不方便、价格昂贵、只能在特定环境下使用等缺点。

基于SiCp/Al复合材料的铣削力研究

建立了铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al)的本构方程以及铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al)的铣削力理论模型。通过实验探究切削参数对切削力的影响。研究表明:随着进给量、进给速度的增大,切削力也相应增大;随着主轴转速的升高,切削力有减小的趋势。

多轴加工铣削力建模与预测

为提高多轴数控加工铣削力预测精度,提出一种基于真实运动轨迹的多轴数控加工铣削力预测方法。首先采用Levenberg-Marquardt算法计算经验铣削力公式中的瞬时切削厚度,获取未变形切削厚度;然后分析多轴力变换过程中切削刃运动扫掠面和真实未变形切削厚度模型,获得基于真实未变形切削厚度的多轴数控加工铣削力预测模型;最后采用硬质合金圆柱立铣刀在五轴加工中心对2024铝合金工件进行三轴和五轴铣削实验,采集多轴数控加工铣削力数据。实验结果表明,该铣削力预测模型的预测值与实验值趋势吻合较好。

钛合金型面侧壁铣削力建模与仿真

钛合金型面件侧壁的铣削一般采用整体硬质合金立铣刀进行加工,因切削力的影响,加工过程较难控制且会产生零件变形,对铣削力进行建模和预测是控制加工变形的有效措施。通过圆柱螺旋立铣刀微元切削力矢量求和及合成,建立了整体立铣刀侧面铣削过程中的瞬态切削力预测模型;采用不同进给速度条件下的铣削力辨识试验,并对平均切削力试验数据进行数值线性拟合,获得了钛合金侧面铣削试验圆柱螺旋立铣刀的剪切力和犁耕力系数。计算了不同切削参数下的四刃整体硬质合金立铣刀的瞬时切削力,并结合钛合金侧面铣削试验验证了所建立的仿真模型的有效性。这为钛合金结构件侧面铣削加工工艺参数的制定和优化选择提供了理论指导依据。

基于BAS-BP的铝合金弱刚性零件铣削力的预测

为减少薄壁零件的加工变形,实现对铝合金薄壁零件铣削力的精准预测,通过响应曲面法设计相关试验获得铣削力试验数据。针对传统BP神经网络预测精度不高的弊端,将天牛须寻优算法(BAS)与BP神经网络结合,优化BP神经网络初始权值和阈值,建立BAS-BP神经网络预测模型。结果表明,改进后的神经网络预测模型具有更高的预测精度,对铝合金零件加工中铣削力的预测有较为理想的效果。

超声辅助铣削镍基高温合金铣削力建模及实验研究

文章研究了超声振动辅助对铣削镍基高温合金的铣削力和表面质量影响。针对超声振动特性,建立了超声振动辅助铣削力模型,仿真分析了铣削力与超声振动振幅、频率的关系,设计了普通铣削和超声振动辅助铣削关于铣削力的对比试验,研究了超声振动作用下不同铣削参数对铣削力的影响规律及表面质量的影响规律。结果表明,对铣刀施加超声振动后,在一定范围内,随着超声振幅和频率的增大,铣削力随之减小;在施加超声振动辅助后,试件表面形貌较为圆润,相邻切削痕迹过渡平滑,显著改善了普通铣削加工后表面凸起尖锐,具有较深的沟槽痕迹,相邻切削痕迹明显的缺陷。

基于主轴和进给轴电流的铣削力间接预测方法

提出了一种基于主轴和进给轴电流最优变权法的瞬时铣削力预测方法。首先,分析了主轴电流与x向瞬时铣削力的映射关系,基于互相关方法考虑了电流信号的延迟效应;其次,基于Devavit Hartenberg法对五轴机床进行运动学建模,将进给轴驱动力矩从机床坐标系映射到刀具坐标系,基于力雅可比矩阵得到进给轴驱动力矩和瞬时铣削力的映射关系;最后,基于最优变权法,综合考虑了主轴和进给轴电流对瞬时铣削力的影响,进行了瞬时铣削力预测实验。实验结果表明,基于主轴和进给轴电流最优变权法的瞬时铣削力预测误差在10%以内,能够有效预测加工过程的瞬时铣削力。

泡沫铝铣削力离散元仿真分析及实验研究

为研究多孔金属泡沫铝的铣削力特性,通过实验测得泡沫铝主要宏观力学性能,运用EDEM软件建立泡沫铝离散元仿真分析模型,调整其微观性能参数,使仿真分析得到的泡沫铝主要宏观力学性能与实验测得的结果相匹配,确定最终的仿真分析模型。运用正交实验原理,通过离散元仿真分析方法研究泡沫铝铣削力随切削用量的变化规律,建立切削力指数经验公式。通过实验方法研究泡沫铝铣削力随进给速度和背吃刀量的变化规律,并将实验研究、仿真分析及经验公式预测的铣削力结果进行对比分析。研究结果表明:三种方法得到的切削力随铣削用量变化的规律基本一致,相对误差小于10%,证明采用离散元仿真分析方法研究泡沫铝铣削力的可行性及所建立的铣削力经验公式的准确性。

刀具磨损过程中铣削力与主轴电流试验研究

进行了涂层硬质合金立铣刀在刀具磨损过程中铣削GH4169试验,获得了刀具磨损随时间变化曲线,铣削力与主轴电流随刀具磨损量的变化曲线。试验结果表明:刀具磨损量随磨损时间(累计加工时间)变化规律满足磨损曲线,铣削力随磨损量增大而增大,刀具磨钝时Fx绝对值均值比磨损初期增大235%,刀具磨钝时Fy绝对值均值比磨损初期增大129%,刀具磨钝时Fz绝对值均值比磨损初期增大607%;主轴电流随磨损量增大呈线性增大,刀具磨钝时主轴电流绝对值均值比磨损初期增大91%。

三维振动铣削加工振幅对铣削力的影响研究

三维振动辅助铣削是一种新型获得复杂表面结构形貌的特殊加工方式,三个方向振幅对能够反映表面加工质量的工艺参数—铣削力有着重要影响。文章旨在探究振动幅值对铣削力的影响规律,首先根据振动辅助加工原理,建立了球头铣刀三维振动轨迹模型;其次,通过ABAQUS软件,基于铝合金7050-T6的J-C本构模型,建立了球头铣刀三维振动辅助铣削过程三维有限元模型;最后,检测了施加三维振动辅助后,仿真过程中球头铣刀的空间位移瞬态响应,对不同振动幅值下各个方向的输出铣削力进行分析。结果表明,三维振动辅助能够在一定程度上减小铣削力;增大振幅,使三个方向的最大铣削力增大,但纵向进给方向和横向进给方向的平均铣削力呈下降趋势,而垂直进给方向的平均铣削力增加到最大值后,振幅的增加对其平均铣削力影响变小。

高速铣削304不锈钢铣削力及表面粗糙度的试验研究

304不锈钢具有优良的抗氧化性和抗腐蚀性,其结构性能和物理化学性质比较稳定,但在切削的过程中,由于产生的热能较高,因此其表面质量无法有效把控。本文针对其难以加工的特性,对其进行深入的分析,分别从轴向切削深度、铣削速度、进给量与径向切削深度四个方面,对铣削力以及表面粗糙度的影响规律进行研究。本次研究对正交实验结果采用最小二乘法进行分析,并构建铣削力及加工表面粗糙度与切削参数之间的经验模型,进而确定了合理的铣削参数。结果表明:当径向切削深度在2~3mm之间,进给量在0.10~0.15mm/r之间,轴向切削深度在0.7~0.8mm之间,铣削速度在450~500m/min之间时,铣削参数最为适宜。

金属材料铣削力及振幅预测模型

为了实现对加工过程中铣削力动态变化的预测,课题组构建了金属材料铣削力及振幅的预测模型。首先通过仿真与试验相结合的方法,探究不同材料在不同主轴转速和轴向切深下的铣削力特性;在确认仿真模型准确的基础上进行铣削力的正交仿真,采用回归分析的方法构建平均铣削力及振幅的预测模型。结果表明:不同材料的平均铣削力受主轴转速和轴向切深的影响不同,但铣削力的振幅大小与主轴转速和轴向切深均呈正相关。课题组所提出的铣削力及振幅预测模型可以为铣削参数的合理选择提供参考。