数控高速铣刀参数化设计系统的开发

针对数控高速刀具开发的技术特点,采用Pro/TOOLKIT二次开发工具,在VC环境 下,开发了数控高速铣刀参数化设计系统,应用系统给出了高速铣刀设计实例,通过有限元分析的 方法,进行了高速刀具安全性的评价.该系统人机交互过程友好,可方便快捷地完成高速铣刀的参 数化设计,缩短刀具开发周期约60％,为Pro/ENGINEER的二次开发工作提供了有价值的参考.

高速铣刀安全性设计理论与方法

针对切削速度大幅度提高引发的铣刀安全性问题,主要介绍了高速铣刀安全性研究与设计的相关理论和方法.将高速铣刀安全性划分为安全稳定性和安全完整性两部分,指出在高速铣刀未发生完整性破坏之前,其安全性存在一个动态衰退过程,对相关的高速铣刀切削稳定性、刀具材料设计中的跨尺度关联、铣刀设计冲突与多层次功能耦合、铣刀设计与安全性评价中的不确定性等问题进行了分析和论述,提出高速铣刀安全性衰退机理与铣刀评价和整体优化设计应重点解决的关键问题.

高速铣刀安全性跨尺度设计方法

高速、断续切削载荷作用下的铣刀,其内部不断积聚的能量会引起铣刀原子不可逆运动和宏观结构的改变,高速铣刀安全性具有跨尺度的关联特性。为了提高铣刀安全性,提出一种高速铣刀跨尺度设计方法。采用力连接的方法实现铣刀连续介质力学与分子动力学跨尺度关联,引入熵值法,定量描述铣刀介观安全性。构建铣刀安全性熵值模型,探究铣刀宏介观结构之间的关系,揭示铣刀宏介观安全性对铣刀直径、齿数、齿根结构、刀齿分布、刀片安装前角和铣刀原子群构型参数的响应特性。利用公理设计方法建立高速铣刀安全性跨尺度关联设计模型,并进行铣刀安全性试验验证。分析和试验结果表明,在铣刀高低熵值区内分别发生了属性和程度不同的原子不可逆运动,齿根结构和刀片安装前角对原子群构型具有显著性影响,利用高速铣刀跨尺度设计方法可以提高其安全性,从而为实现高速铣刀高效、可靠、稳定加工提供了保证。

基于虚拟仪器的高速铣刀现场动平衡测试系统研究

成功构建了一个基于虚拟仪器技术的高速铣刀现场动平衡测试系统。说明了高速铣刀现场动平衡测试原理和系统组成,阐述了基于LabVIEW技术的模块化软件系统的层次安排和功能特点。通过系统测试实验表明,该系统具有检测方便、运行可靠、界面友好的特点,能够满足高速铣刀动平衡测试的要求。

基于有限元的高速铣刀加工性能研究

以铜合金为例,应用有限元方法分析在高速加工时铣刀前角的变化所导致的应力应变的变化规律,为提高零件加工的安全性和表面加工质量以及更好地保护刀具等提供基础性数据,为优选前角提供参考。

面向加工中心的高速铣刀优选系统

针对加工中心高速铣削中刀具及其切削参数选择问题,以已有高速铣削机理研究成果为基础,进行工件高速铣削加工特征研究,并建立高速铣刀优选目标模型和优选规则,完成了基于关系型数据库的高速铣刀优选系统的开发。结果表明,采用该系统优选的铣刀及其切削参数进行高速铣削加工,能有效提高加工品质和加工效率、降低加工成本。

钛合金高速铣刀的开发及试验研究

使用钛合金铣刀在120m/min线速度下进行高速铣削试验,对前、后刀面的磨损进行电镜与能谱分析,发现刀具磨损主要包括磨料磨损、粘接磨损和扩散磨损三种类型。以磨损机理为导向,通过刀具几何结构的设计、刀具基材和涂层的优化,开发了新的钛合金高速铣刀。对钛合金TC4进行高速铣削试验,将开发的钛合金高速铣刀与国外先进的高速铣刀进行对比试验。结果表明:开发的钛合金高速铣刀切削速度可达100-120m/min,并且加工稳定;三向切削力均值和波动幅度均小于国外品牌铣刀,切削更轻快;端铣或侧铣时,刀具磨损均小于国外品牌铣刀,刀具耐用度更高。

ISCAR推出可调节式高速铣刀（HSM）

ISCAR新推出可调节式高速铣刀（HSM）立铣刀和面铣刀，可用于加工铝、非金属材料、铸铁、淬硬钢等，特别推荐应用于汽车工业及航空航天工业。

基于ANSYS的高速机夹式铣刀强度设计与安全性分析

当把离心力作为主要载荷进行高速铣刀的强度计算时,经典力学计算方法存在一定误差,不能满足安全性设计要求。笔者分析高速铣刀的离心力效应;建立高速机夹式端面铣刀强度设计有限元模型;模拟不同转速下刀具各组成部分的应力与变形的大小和分布;并结合分析结果,对高速铣刀安全性设计提出了改进意见。分析表明,对于100mm机夹式端面铣刀,当转速达到15000r/min时,螺钉的等效应力已达到材料的临界应力状态,出现明显的弯曲变形,刀片产生的位移达0.04mm。

超高速铣刀的特点与刀具装夹系统

超高速铣削过程中任何回转部件都受到很大的离心力作用,铣刀亦是如此,这就是超高速铣刀有别于普通铣刀最重要的特征之一。图1表示铣刀的受力情况。在实际加工中,铣削力可以认为是平面载荷,为了便于分析起见。

基于M2高速钢铣刀的失效分析

基于高速钢铣刀过早断裂失效的问题,通过成分分析、断口形貌分析、金相分析和硬度测试等方法对其失效原因进行分析,并通过ANSYS软件对高速钢铣刀的现有热处理进行模拟仿真。结果表明:高速钢铣刀原始淬火保温时间过长,导致表面脱碳层的产生,造成表面硬度不足,难以承受长期的疲劳磨损。同时脱碳层诱发内部淬火裂纹的产生,这也是高速钢铣刀失效的主要原因之一。

基于模糊综合评判高速钢立铣刀切削用量优化选择

针对高速钢立铣刀铣削过程中切削用量选择的模糊性,在分析高速钢立铣刀加工特点的基础上,结合现有铣刀切削用量选择方法,提出一种基于加权平均模型的模糊综合评判方法。通过综合考虑影响铣刀切削用量选择的因素,建立以单个工序加工时间、加工成本以及刀具耐用度为目标优化模型。结合具体加工对象分析表明:基于加权平均模型的模糊综合评判方法,能够实现高速钢立铣刀在铣削过程中切削用量的优化,评判结果准确、适用。

基于知识的高速面铣刀设计系统研究

高速面铣刀是知识密集型产品,传统设计方法存在设计周期长且不能很好地利用已有知识和经验的问题。本文采用基于知识的高速面铣刀设计方法,提出了基于知识的高速面铣刀设计框架模型,创建了基于规则的高速面铣刀设计知识库和基于特征相似度的高速面铣刀实例库,并在UG/NX平台上开发了基于知识的高速面铣刀设计系统,实现了知识驱动的切削铝合金高速面铣刀模型的快速设计。最后,通过对铣刀模型的应力场分析和实际切削试验验证了该方法的可行性和推理的正确性。

基于系统动态设计技术的高速面铣刀研究

在高速面铣刀动态载荷分析基础上,建立高速面铣刀动态切削模型及其动力学微分方程;通过离心力和动态切削力作用下的铣刀振动分析,获得高速可转位面铣刀结构、材料、刀齿分布及组件联结方式对其振动振幅影响规律,并进行了整体式高速可转位面铣刀的开发。结果表明:刀具不平衡量引起的离心力对铣刀自激振动影响最大,齿距差对动态切削力作用下的铣刀振动产生重要影响,该方法已应用于高速面铣刀产品研发中。

基于应力场的高速面铣刀安全性研究

针对高速面铣刀切削加工过程的特点,在刀具可靠性分析基础上建立了高速可转位面铣刀的应力场模型和刀具及其组件的安全性判据.通过有限元分析,获得了切削力和离心力对高速面铣刀应力场影响规律,并获得了刀具安全转速.高速面铣刀切削试验结果表明:基于应力场分析开发的高速面铣刀,在其安全转速范围内应力场分布状态较好,并在切削速度为2 010 m/min时达到最佳的切削性能.

高速端铣刀刀体弹性极限转速的理论计算及其影响因素

建立高速端铣刀刀体力学模型,对在高速旋转中其只受离心力作用下的刀体弹性极限转速进行理论分析,在此基础上分析研究刀体外径、内孔尺寸及材料特性对高速端铣刀弹性极限转速的影响,并计算分析淬硬钢、铝合金及颗粒增强钛基复合材料Cerme TiC-10三种材料刀体弹性极限转速。分析研究结果表明,刀体弹性极限转速随着刀体材料sσ/ρ值的增大而提高,随着泊松比的增大而略微降低,随着刀体外径、内孔尺寸的增大而降低。

高速面铣刀设计及加工研究

高速切削加工技术是一项应用广泛的先进制造技术,对高速面铣刀的设计及加工的研究,一直是高速切削加工技术发展的一个重要的研究方向。本文主要对高速面铣刀的设计与加工进行研究,通过分析与实验相结合的方法,对面铣刀的几何参数、几何角度与切削力之间的关系、刀体设计、加工工序等方面的特点进行了分析和总结。

高速面铣刀设计模型的热力耦合评判方法

基于热力耦合场分析评判高速面铣刀的设计模型。依据需求层次理论,给出高速铣刀性能层次结构,提出高速铣刀性能评判方案;针对高速可转位铣刀串联系统的失效特征和高速铣刀动平衡精度要求,确立高速面铣刀的基本结构,采用均匀试验设计方法获得铣刀组件材料设计方案,构建高速铣削铝合金直径为63mm的面铣刀设计模型;进行高速面铣刀热力耦合场分析,研究铣刀组件材料和转速对其最高切削温度、最大等效应力和刀片位移的影响,评判和优选出可用于高速铣削铝合金的高速面铣刀设计方案;通过高速面铣刀切削铝合金试验,利用铣刀动平衡精度、安全性、切削效率和已加工表面粗糙度试验结果,测试铣刀的高速切削性能满足高速切削要求。

基于彭恒武判别法的高速面铣刀综合性能评价

在分析高速面铣刀变形和振动对其综合切削性能影响的基础上,采用均匀试验设计方法,通过高转速条件下铣刀变形和固有特性数值分析,获得高速面铣刀最大变形与共振频率回归模型;采用彭恒武判别法建立高速面铣刀综合性能判据,并对典型结构高速面铣刀性能进行了综合评判。结果表明,弹性模量、密度等铣刀材料属性对其安全性和高效切削性能具有重要影响;采用铣刀综合性能判据,可有效地控制其变形和共振范围,获得良好的综合切削性能;采用上述评价方法设计的高速面铣刀切削高强度铝合金时,金属切除率达到129600mm3/min,表面粗糙度小于0.8μm,其综合性能满足高速切削要求。

基于ANSYS对失效M2高速钢铣刀的仿真分析

针对高速钢铣刀过早断裂失效的问题,利用ANSYS软件对高速钢铣刀现有热处理工艺及实际工况条件下的应力分布进行了模拟仿真。结果表明:高速钢铣刀原始淬火保温时间过长,导致表面脱碳层的产生,造成表面硬度不足,难以承受长期的疲劳磨损,是导致高速钢铣刀失效的主要原因之一。