基于真实运动轨迹螺旋立铣刀铣削力建模

为建立使用范围更为广泛的未变形切屑厚度模型,得到更精确的预测铣削力,根据螺旋立铣刀真实运动轨迹,建立刀齿运动方程,利用该方程建立未变形切屑厚度计算模型。对比不同每齿进给量下传统模型与新建模型计算的未变形切屑厚度值与铣削力值,结果表明:传统模型计算出的未变形切屑厚度值较所建立的模型计算值总体偏小,且前者计算的铣削力较试验值偏小,后者更接近试验值,因此所建模型预测铣削力拥有更高预测精度。

考虑后刀面磨损及过缝冲击的拼接模具铣削力建模与实验研究

针对拼接模具铣削过程中刀具易磨损引起铣削力变化的问题,对拼接模具铣削加工过程,提出了一种考虑球头刀后刀面磨损的铣削力建模方法。根据材料硬度的不同,把每一切削周期的切削厚度建成有关切削角度的函数关系,得到不同切削角度下的剪切力模型;同时将后刀面的摩擦效应力与后刀面磨损量建立函数关系,进而得到了不同切削角度下的摩擦效应力模型;最后通过引入单自由度斜体碰撞模型,采用等效弹簧阻尼法和霍普金森实验得到了冲击力模型。结合剪切力模型、摩擦效应力模型与冲击力模型得到了考虑后刀面磨损的拼接过缝处铣削力模型,最后对多硬度淬硬钢进行了铣削力实验。实验结果表明预测的铣削力幅值和变化趋势与实验值具有很好的一致性,验证了该铣削力建模方法的有效性,对拼接模具铣削加工工艺优化具有一定的理论指导意义。

基于圆弧走刀的尖角加工铣削力建模

为实现尖角加工过程中铣削力的精确预测,给出了工件轮廓与刀具路径的参数化统一表示方法,分析了两种情况下的铣削工艺过程,依据铣削特征化分为五个阶段,推导出每个铣削阶段的实际径向切深算式。基于实际径向切深,给出了切入/切出角的计算方法,建立了尖角加工的瞬时铣削力模型。利用直线铣削完成了切削力系数辨识,对尖角加工的瞬时铣削力进行预测,并进行试验验证,结果表明预测铣削力与实测铣削力具有良好的一致性,证实了铣削力模型的有效性和精确性,从而为工艺参数优化和颤振抑制提供了理论基础。

高速铣削过程铣削力建模及析因试验分析

根据铣削过程和铣刀的几何模型,建立铣削力的瞬时表达式和平均切削力公式,给出基于响应曲面法的切削力系数的二次多项式。综合应用析因试验设计和统计分析理论,计算切削力系数的回归系数模型并分析了切削参数对切削力系数的影响规律。

圆柱铣刀铣削力过程的物理建模

密切结合先进制造技术的需要,以虚拟制造技术作为研究课题,运用金属切削理论等,对铣削力建模进行了系统深入的研究。该模型中考虑了前刀面上作用的正压力和摩擦力,给出了适用于圆柱螺旋刃铣刀的三维单元铣削力模型。论文为丰富虚拟制造建模理论体系、开发实用的铣削加工过程物理仿真系统奠定了坚实的基础。

CFRP铣削力建模研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer/plastic,CFRP)由于其不均匀性和各向异性的材料特性,在铣削加工过程中容易出现各种缺陷。铣削力建模有助于探究CFRP的铣削力变化规律、优化加工参数,进而减少缺陷的产生。本文基于多元非线性回归的方法,建立了铣削力系数关于4种影响因素(纤维切削角、瞬时未变形切屑厚度、主轴转速和轴向切深)的函数关系。经过单向CFRP铣削力实验和多向CFRP铣削力实验验证,所建模型可以较准确地预测铣削力变化规律。

基于铣削力精确建模的机匣铣削让刀仿真

采用Python脚本语言对ABAQUS的前、后处理模块进行二次开发,将铣削力依次加载到铣削区域各点,获得延伸机匣让刀引起的加工变形数据。为使仿真结果准确,利用机械力学模型对加工过程中的铣削力进行精确建模。仿真结果符合实际加工中的让刀情况,证明了该铣削力模型和仿真方法适用机匣零件的加工让刀预测,研究结果为此类零件的工装设计提供了指导。

汽车模具拐角加工铣削力建模及仿真

针对数控加工汽车模具型腔中的典型特征拐角时,由于刀具切削余量的增加引起刀具振动加大、噪声加剧、铣削力变化明显及刀具与加工表面挤压加大产生振颤,造成刀具刚性不足、使用寿命降低、加工型面表面粗糙度不均等问题.以汽车模具典型特征拐角为研究对象,依据任意角度铣削拐角几何关系,采用有限元模拟分析方法,进行铣削力建模及仿真.首先建立任意角度拐角铣削过程平均切削厚度计算模型,然后进行铣削力系数识别试验确定铣削力系数;其次结合铣削厚度公式及铣削力系数,建立平底立铣刀拐角加工过程建立瞬态铣削力数学模型;最后对拐角瞬态铣削力进行仿真预测,并与拐角铣削加工试验结果对比.结果表明,仿真软件能有效预测拐角铣削力,为切削参数优选提供参考和理论支撑.

真实刀刃轨迹下周铣加工柔性铣削力建模及仿真

针对周铣加工过程,在考虑实际切削中刀具的运动轨迹和弹性变形的情况下,研究了切削力计算模型和方法。通过对周铣过程中刀刃切削轨迹进行分析,推导出切削刃真实运动轨迹下的切削厚度计算方法;在分析了刀具变形与瞬时切削厚度的相互作用机理后,提出了一种真实刀刃轨迹下,考虑周铣时刀具瞬时变形和上一齿切削残留高度的瞬时切削厚度模型;进而推导出两层嵌套的切削力计算模型。根据以上数学模型进行了周铣铣削力的仿真计算,并通过实验验证了模型和仿真的正确性。

考虑刀具底刃切削的CFRP铣削力精确建模研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)铣削提出了一种切削力精确建模方法,即考虑刀具底刃切削作用的铣削力机械模型,通过实验识别底刃和侧刃的切削力并分析了切削力变化规律,建立了切削力系数关于瞬时切削厚度、纤维切削角及切削速度的BP神经网络模型,进一步实现了对铣削力的预测。单向板和多向板的铣削验证实验表明考虑刀具底刃因素可以提高切削力预测的准确性,同时也验证了BP神经网络在CFRP切削力建模中的可行性。

R铣刀精确铣削力建模的机匣铣削让刀仿真研究

采用Python脚本语言对ABAQUS软件的前处理模块进行二次开发,将铣削力依次加载到铣削区域各点,获得延伸机匣由让刀引起的加工变形数据。利用机械力学模型,综合考虑前刀面剪切效应和后刀面犁切效应对R铣刀铣削力进行精确建模。仿真结果符合实验加工中的让刀情况,证明了该铣削力模型和仿真方法适用于机匣薄壁零件的加工让刀预测,研究结果对此类零件的工装设计提供了理论指导。

平头立铣过程中的铣削力解析建模及补偿应用

建立了一种基于傅立叶级数的铣削力模型用以描述铣削加工过程的物理状态。建立了沿刀具轴向的微元刀刃的铣削力模型,通过傅立叶变换将刀具总的铣削力表示为傅立叶级数形式。推导了通过槽铣实验的平均铣削力回归切削力系数的方法。采用测力仪在数控机床上进行了铣削实验,对比了模型预测值和实验实测值,结果吻合良好;并进行了切削变形的补偿研究,设计实施了侧铣补偿实验,补偿了铣削力造成的铣削变形。

基于实际径向切深的连续曲面周铣铣削力建模

为提高连续曲面周铣过程中铣削力的预测精度和计算效率,采用参数化曲面描述工件轮廓和刀具路径,研究实际径向切深的计算方法,推导解析算式,给出基于实际径向切深的瞬时切入角、切出角计算公式,从而构建了瞬时铣削力模型,提出了基于实际径向切深的铣削力预测方法.采用仿真法证明了曲率对实际径向切深具有显著影响,加工凹曲面时实际径向切深大于名义径向切深,加工凸曲面时实际径向切深小于名义径向切深.对连续曲面周铣铣削力进行预测,并进行试验验证,预测结果与试验结果在变化趋势和幅值方面均具有良好的一致性,仿真耗时显著减小,表明提出的铣削力预测方法具有较高的精度和计算效率.

基于铣削力精确建模的机匣辅助支撑仿真研究

针对对开延伸机匣铣削加工中让刀量较大这一突出问题,采用机械力学模型精确建立了铣削力模型;利用Python脚本语言对有限元软件ABAQUS进行二次开发,将铣削力依次加载到铣削区域各点,实现了机匣外表面铣削加工让刀量的有限元快速仿真预测;优化了支撑体轴向位置,并对初始装夹力的影响进行了分析。与无辅助支撑相比,优化后外表面平均让刀量减少了38.1%。研究结果符合实际,对机匣辅助工装设计和使用提供了数据指导。

高强度42CrMo钢立铣切削力实验与建模

42CrMo钢是典型高强度的中碳合金结构钢,广泛应用于截面大强度要求高的构件中,但在铣削过程中因切削力过大、切削温度过高、切屑不易折断和刀具磨损剧烈等严重影响零部件的加工质量和使用寿命。本文采用正交实验方法对高强度42CrMo钢进行铣削实验,研究了高强度42CrMo钢铣削过程中切削力的基本特征,分析了径向切深、轴向切深、每齿进给量等铣削参数对切削力的影响。并利用最小二乘法回归分析,得到铣削力经验公式,为铣削42CrMo钢刀具设计和切削参数选择提供了参考依据。

改进的球头铣刀加工表面形貌建模方法

为解决传统时间步形貌模型存在的刀刃微元尺寸和切削时间离散步长对工件网格尺寸依赖性强、计算效率低、计算精度差等问题,提出一种改进的时间步形貌模型。首先,基于5轴铣削加工中刀具与工件之间的相对运动关系,运用齐次坐标变换原理建立刀刃扫掠面方程。其次,基于刀具不同倾斜角时与工件的接触关系,建立了切入刀刃模型。然后,根据刀刃微元端点在切削时间离散步的开始及结束时刻的空间位置,对刀刃扫掠面进行三角形网格划分,并提出了面向三角形与线段相交的刀具与工件布尔运算模型。最终,利用AISI P20模具钢球头铣刀5轴加工实验,验证了模型的有效性。研究表明,与传统时间步形貌模型相比,改进的时间步形貌模型不但突破了传统模型中工件网格尺寸对刀刃微元尺寸及切削时间离散步长的限制,而且获得了更高的预测精度及计算效率。

模具生产的研究与探索

当今,"模具就是产品质量""模具就是经济效益"的观念,已被越来越多的人所接受。使用模具生成零件,具有生产率高、质量好、成本低和节约能源与原材料等一系列优点,已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。

铣削力的傅立叶级数建模与实验

建立了一种采用傅立叶级数的铣削力模型用以描述铣削加工过程的物理状态,考虑了铣削过程的剪切机制与犁切机制,建立了沿刀具轴向的微元刀刃的铣削力模型,通过傅立叶变换将刀具总的铣削力表示为傅立叶级数形式。给出了通过槽铣实验的平均铣削力回归切削力系数的方法,采用测力仪在数控机床上进行了铣削实验,通过实验数据回归出了立铣刀的切削系数,对比了模型预测值和实验实测值,结果吻合良好,从而验证了铣削力模型。

考虑工件变形的五轴侧铣薄壁件铣削力建模

针对铣削加工过程中工件和刀具接触关系的时变性所导致铣削力预测不精准的问题,提出一种综合考虑工件变形作用下的五轴侧铣铣削力建模方法。首先,基于机械Ⅱ型力学模型,综合考虑剪切力和犁切力作用,建立五轴铣削加工微元铣削力模型;其次,利用欧拉-伯努利梁理论计算工件在任意切削深度下的变形量;进而,更新工件变形量引起的切削深度变化,构建考虑工件变形的五轴侧铣薄壁件铣削力模型;最后,通过试验与模型预测结果对比,得出在考虑变形的情况下,X、Y方向上铣削力的平均峰值误差分别减小了4.42%和0.62%,验证了模型的有效性。

铣削力/扭矩的解析卷积模型

为预报螺旋端铣刀铣削力和扭矩 ,建立了一个铣削解析卷积模型。铣削扭矩是铣削过程中一个重要的物理量。通过分析单位铣削力和扭矩之间的关系 ,可以获得铣削扭矩的傅里叶级数多项式 ,得到铣削扭矩在频域中的解析卷积表达式。结合铣削力的解析卷积模型 ,建立了 6维铣削解析模型。利用 kistler测力仪进行了一系列铣削实验 ,验证了模型能够对铣削力和扭矩的大小进行较准确地预报 。