Predictive Modeling and Parameter Optimization of Cutting Forces During Orbital Drilling

To optimize cutting control parameters and provide scientific evidence for controlling cutting forces,cutting force modeling and cutting control parameter optimization are researched with one tool adopted to orbital drill holes in aluminum alloy 6061.Firstly,four cutting control parameters(tool rotation speed,tool revolution speed,axial feeding pitch and tool revolution radius)and affecting cutting forces are identified after orbital drilling kinematics analysis.Secondly,hybrid level orthogonal experiment method is utilized in modeling experiment.By nonlinear regression analysis,two quadratic prediction models for axial and radial forces are established,where the above four control parameters are used as input variables.Then,model accuracy and cutting control parameters are analyzed.Upon axial and radial forces models,two optimal combinations of cutting control parameters are obtained for processing a13mm hole,corresponding to the minimum axial force and the radial force respectively.Finally,each optimal combination is applied in verification experiment.The verification experiment results of cutting force are in good agreement with prediction model,which confirms accracy of the research method in practical production.

Ti-22Al-25Nb三维铣削加工切削力分析

作为一种新型材料,Ti-22Al-25Nb组织成分和结构性能研究已较为成熟,但对其加工性能方面的研究较少。利用ABAQUS/Explicit软件建立了三维铣削有限元模型,设计单因素试验和正交试验,通过极差和方差法分析不同的参数组合对切削力的影响程度。试验结果发现,切削力随着进给量和切削速度的增加而升高,但增幅较小;随着切削深度的增加切削力升高,增幅较大,影响效果明显。试验证明,对切削力的影响主次顺序为a_(p)f_(z)v。该试验为研究Ti-22Al-25Nb材料铣削工艺参数优化提供了一种方法。

金属正交切削模型研究进展

鉴于切削加工巨大的经济和工艺价值,建立切削过程的理论模型,用以预测切削状态,对于优化切削条件、提高加工效率具有重要意义。国内外学者致力于该领域的研究,并在过去的几十年里建立了许多经典的正交切削模型。然而由于切削过程异常复杂,现有的切削模型并不能满足人们对切削过程精确预测的要求。因此,总结并了解已有的切削模型,对于建立更为有效的切削过程预测模型具有重要的指导和启示作用。系统回顾近几十年来在正交切削领域具有代表性的力学模型,重点介绍Merchant、Piispanen、Shaw、Lee和Shaffer、Hill、Fang、Oxley及Atkins等人的工作,阐述各自模型的主要理论、成果及其联系。最后,对正交切削模型的发展方向进行简要探讨。

基于Deform-3D的铝合金7075车削力模型的研究

为了进一步研究铝合金7075的切削机制,以切削用量为因素设计了正交实验,在Deform-3D中建立车削有限元模型,对车削加工进行仿真研究,通过对切削力进行极差分析和方差分析,得到了切削用量对各切削力的影响主次、最优水平组合及影响的显著性。依据正交试验结果,建立了车削力预测模型并进行了拟合度和回归显著性检验,结果表明:车削力预测模型和实验数据的拟合度较好,回归方程效果显著,能较好的反映各切削力和切削用量之间的关系。

正交车铣加工切削力仿真分析

针对正交车铣加工变深度、变厚度的切削特性,基于其加工原理采用数学方法建立切削力的理论模型,并在无偏心和偏心二种情况下分别仿真圆周刃和端面刃的切削力随铣刀转角的变化规律。通过切削参数对切削力影响规律的仿真结果分析表明,圆周刃在整个切削过程中起到主导作用;在相同切削参数条件下,随着进给量和偏心距的增大,切削力增大,而偏心切削力大于无偏心切削力。因此该切削力的理论模型为正交车铣加工机理的研究提供理论基础和参考依据。

基于正交试验的高速切削淬硬模具钢的切削力研究

通过正交设计方案,对淬硬到60HRC的冷作模具钢Cr12MoV进行高速车削切削力试验,分析了切削用量和刀具变量对切削力的影响规律,并建立了切削力的经验公式。得到如下结论:切削用量中,切削速度对切削力影响最小,进给量和背吃刀量对切削力影响较大;三个方向力中,轴向力最小,径向力和主切削力相接近,与常规切削相比,径向力偏大;小刀尖圆弧半径的PCBN刀具是进行高速切削淬硬钢时的理想刀具;经验公式预测值与实测值之间存在约5%-20%的误差。

基于切削力与振动特性钛合金铣削工艺参数研究

针对钛合金材料的难加工性,基于正交试验,研究了工艺参数对切削力、切削振动等影响规律,提出了综合考虑切削力、切削振动的工艺参数优化方法。研究结果表明,轴向切深、径向切深和进给速度对切削力影响显著,其中轴向切深、径向切深对X方向(垂直加工表面)切削力影响非常显著;切削速度对切削振动影响显著,频谱分析表明试验条件下未发生切削颤振。考虑各工艺参数对切削力、切削振动的显著程度,建立了以切削力、切削振动为约束条件,最大金属切除率为优化目标的工艺参数优化模型,进而获得了不同约束条件下的工艺参数优化组合。

基于神经网络与DEFORM的薄壁齿套高速车削工艺参数优化

为提高薄壁齿套的加工精度,对某型齿套的高速车削进行理论分析和切削力预测。利用DEFORM-3D软件建立齿套的高速车削的数值分析模型,得到了正交试验车削工艺参数条件下的切削力;建立了神经网络模型,对切削力进行预测。结果表明,使用神经网络模型可精确预测高速车削力大小,为新型专用夹具设计和优化加工工艺参数提供数据支持。

高速拉床液压系统拉削振动特性分析

由于拉削振动力对拉床液压系统的平稳性和拉削加工的质量影响较大,根据正交切削力模型及微元法,文章建立了拉刀单齿的拉削力模型,并根据拉刀实际拉削的最大齿数变化规律,建立了拉削振动力模型和基于拉削振动力的拉床液压系统模型,利用AMESim软件仿真分析了拉削振动力作用下拉床液压系统的平稳性,对不同齿距、不同拉削速度以及不同脉冲比下,拉削振动力对拉床液压系统稳定性的影响进行了分析。设计子拉床液压系统拉削振动特性的测试试验方案,通过试验验证了仿真分析结果的准确性。

一种难加工材料的车削力模型的实验研究

采用了多因素回归正交设计的方法进行了一种难加工材料的车削实验,在给出实验模型和数学推导的基础上,借助于作者设计的计算机软件,高效完成了上述有关工作并建立了该材料切削力的数学模型,为今后的切削加工过程数值模拟以优化切削用量和刀具的结构设计和几何参数的选择奠定了基础。

切削力仿真过程边界条件的反问题研究

根据OXLEY的平行区模型和工件材料的本构方程，从切削力仿真的前提出发提出了边界条件的反问题及其解法，应用MATLAB仿真了不同切削条件下对前刀面边界条件和材料常数的影响，在此基础上建立了一种更为精确的切削力模型，仿真结果表明仿真结果与实验结果一致，该模型能更好的适应世削加工。

海洋钢桩清刷机器人清除粘附藤壶的力学研究

为了清除附着在海洋钢桩上的污损生物,本文设计了一款海洋钢桩清刷机器人,携带刮削清理工具,以藤壶为典型清理对象,研究了切削力对附着在海洋钢桩表面污损生物的清理作用。基于正交切削理论和Peel Zone方法,提出了将刮削法及其切削力模型用于清理被污损生物附着的海洋钢桩表面。用有限元方法验证分析模型误差,表明切削力的相对误差小于15%。该模型可用于清刷机器人设计中的切削力估算。分析表明:刀具前角对切削力影响较大,减小刀具前角到45°,较前角为60°时,曲线拟合相对误差增大,清理效果相对不理想,在今后设计海洋钢桩清刷机器人设计中,不建议减小设计清理刀具的前角。

基于正交切削的铝合金切削力理论计算方法

基于传统正交切削力学模型,采用Johnson-Cook材料本构和失效模型,建立同时考虑前刀面和后刀面双摩擦因素的切削力理论计算模型。采用双摩擦切削力模型模拟7050航空铝合金切削力的计算,获得了与试验结果非常吻合的切削力理论计算值。用本文模型计算了不同Johnson-Cook材料本构参数下的切削力,获得了与文献仿真值非常一致的结果。双摩擦切削力模型引入的后刀面摩擦分量,在航空铝合金切削仿真中,占主切削力的比重较少(约占12.5%),但不可忽略。

高速车削淬硬轴承钢切削力试验研究

采用正交试验,并结合基于试验结果的经验模型,研究了PCBN刀具高速车削淬硬轴承钢的切削力及其变化规律,且对径向切削力模型进行了试验验证。结果表明,影响轴向力的主次因素为切削速度、背吃刀量和进给量;影响径向力、切向力和切削合力的主次因素为背吃刀量、进给量和切削速度;各切削分力随背吃刀量和进给量的增大呈线性增加趋势,随切削速度的增加是先增大而后又减小,径向力的增大趋势远大于轴向力和切向力。方差分析结果显示,切削力的回归模型线性关系高度显著,利用该模型对切削力进行预报,结果可靠,并进一步验证了背吃刀量是影响径向切削力的主要因素。

CFRP制孔加工切屑形成过程及分类

为了控制切屑形成,提高CFRP吸气式内排屑系统的排屑质量,建立了二维直角切削受力模型,研究了切屑的形成过程并对切屑形状进行预测并分类,用超景深显微镜(KEYENCE VHX-1000)对切屑进行观察,通过分析可得:切屑形成的主要原因是切屑弯曲折断与剪切失效,切屑的大小一般在1.02~1.80 mm,切屑的形状主要分为条形切屑、微圆型切屑和米形切屑三种,当温度达到树脂的玻璃化温度时,切屑发生变形,会出现C形屑并伴有纤维拔出现象,除不可估算占比的米形屑外,不同形态切屑的占比大小依次为条形切屑、微圆形切屑、C形屑和纤维拔出形切屑。实验结果与理论分析结果基本相吻合。

工件几何模型对不锈钢切削力数值计算影响研究

通过研究AISI-316L材料动态本构关系、刀屑接触、切屑分离、切屑断裂等关键技术建立了正交切削有限元模型。运用大型通用有限元软件ABAQUS对切削加工过程进行模拟仿真,对不同工件几何模型下的模拟结果进行分析和验证,证明所建立的有限元模型是合理的,并通过实验结果比较得出优化的几何模型。

基于AdvantEdge切削工艺参数及刀具几何参数对切削力影响研究

为了探究在低速正交刨削时,切削工艺参数及刀具几何参数对切削力的影响,以AdvantEdge仿真正交刨削Ti6Al4V合金,在不同切削工艺参数和刀具几何参数下的仿真,分析得出切削深度、进给量、前角和钝圆半径对切削力影响最大,故而通过仿真数据进行在spss进行回归拟合和方差分析,建立了相应的指数模型公式,得到切削力指数模型,这为研究低速切削下切削工艺参数和刀具几何参数对切削力的影响做理论指导。

AerMet100超高强度钢拉削工艺仿真

为更好地预测机加工中的切削力及切削温度,利用AdvantEdge软件对AerMet100超高强度钢的拉削工艺进行仿真研究,通过单因素试验法分析了不同切削参数对切削力及切削温度的影响规律。采用多元线性回归分析法对正交仿真试验数据进行分析,建立切削力及切削温度的模型公式,并利用极差分析法筛选出最优组合,对模型进行验证。结果表明:齿升量是影响切削力的主要因素,切削速度和拉刀前角次之;齿升量和切削速度也是影响切削温度的主要因素,拉刀后角对切削力及切削温度的影响较小,且建立的模型公式能较好地预测切削力及切削温度。

材料车削力的实验研究

本文采用了多因素回归正交设计的方法进行了一种难加工材料的车削实验,在给出实验模型和数学推导的基础上,借助于作者设计的计算机软件,高效完成了上述有关工作并建立了该材料切削力的数学模型,为今后的切削加工过程数值模拟、优化切削用量、刀具的结构设计以及几何参数的选择奠定了基础。

高速切削淬硬模具钢表面粗糙度的研究

通过正交设计方案,对淬硬到60HRC的冷作模具钢Cr12MoV进行高速车削表面粗糙度试验,分析了切削用量和刀具变量对表面粗糙度的影响规律,并建立了表面粗糙度的经验公式。表面粗糙度随着切削速度的增大而减小,随着进给量和背吃刀量的增大而增大,随着刀尖圆弧半径的增大,表面粗糙度先减小后增大。在相同条件下,陶瓷刀具加工后的工件表面粗糙度好于PCBN刀具;由表面粗糙度的经验公式可知,对表面粗糙度影响最大的因素是切削速度,其次是进给量和背吃刀量,而刀尖圆弧半径对其影响较小。