双圆弧斜齿齿轮泵转子加工刀轨规划及仿真

针对双圆弧斜齿齿轮泵转子加工方法中存在的加工效率和精度比较低等问题,提出了利用球头铣刀在数控铣床上加工双圆弧斜齿齿轮泵转子的方法。研究目标是:根据双圆弧斜齿齿轮泵转子方程,结合空间啮合原理,建立了双圆弧斜齿轮的加工坐标系,根据各坐标系之间的转换矩阵,建立了双圆弧斜齿齿轮泵转子的齿面方程,模拟使用球头铣刀进行加工过程,计算出加工刀具中心在平面和空间轨迹,同时给出判定球头铣刀不发生干涉的最大半径的方法。利用VERICUT软件建立虚拟制造环境并进行铣齿仿真加工,验证了双圆弧斜齿齿轮泵转子齿面数控加工方法的正确性及其可行性。

锥度球头刀加工钛合金TC4表面粗糙度建模

高性能商用航空发动机大型复合材料风扇叶片高速旋转时存在分层开胶风险,需要在其前缘通过胶结工艺装配钛合金TC4前缘金属加强边予以保护,而胶结性能受到装配表面粗糙度影响较大。本文针对钛合金TC4前缘金属加强边内腔加工表面粗糙度,以主轴转速、每齿进给量和轴向切深为设计因子,分别开展4种细长锥度球头刀四轴铣削钛合金TC4试验,测试已加工表面粗糙度。基于测试的样本数据,分别针对4种细长锥度球头刀建立加工表面粗糙度的经验模型。结果表明,主轴转速增加,直径为5.0mm时,表面粗糙度大幅降低,直径为3.0mm时,表面粗糙度却有所增加;主轴转速、每齿进给量增加时,直径4.0mm、2.4mm的锥度球头刀加工的表面粗糙度没有较大变化。随着轴向切深增加,4种直径的刀具加工的表面粗糙度均大幅增加。

兼顾排屑与降载作用的叶轮拐角单笔清根刀具

清根加工作为叶轮拐角区域残余材料的补加工工艺,在整体叶轮数控加工中占据十分重要的地位。盖盘叶轮清根加工具有推刀进给、拐角曲面曲率大、切削余量大、空间几何受限等特点。而传统球头铣刀刀尖点切削性能不足,应用于盖盘叶轮清根加工会导致切削载荷大和切屑挤压,造成刀具过早失效、加工表面质量差等问题。本文针对盖盘叶轮清根加工的特点和难点,提出一种面向不同拐角尺寸的具有削顶结构以及大容屑槽结构的刀具,并推导了切削刃的表达式。对传统球头铣刀和新式削顶铣刀进行仿真与实验,结果表明,新式削顶铣刀较传统球头铣刀切削力降载高达77.6%,切削过程更平稳可靠,加工质量更高。

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。

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。

紫铜小锥度锥形内腔类零件加工工艺研究

为加工出小锥度锥形类结构,基于车削、铣削加工原理,提出车削和铣削相结合的加工方法。首先建立车削锥形内腔零件数学模型,分析车削内形机理;依据球头铣刀刀刃排布数学模型,建立球头铣刀铣削锥形内腔的运动轨迹,分析小锥度锥形内腔结构成形机理以及该方案的可行性,并得出锥形内腔车削深度与车刀直径、锥形内腔开口半径、锥形内腔开口角度有关的结论。在此基础之上,通过车削和铣削相结合的方法加工出了小锥度锥形内腔类结构。

A simplified method for local tool interference detection and tool position modification during five-axis ball-end milling process

Five-axis ball-end milling is commonly used to machine the complex surfaces. Local tool interference phenomenon which often occurs in five-axis milling should be urgently solved. In this paper, a simplified method to detect the occurrence of local tool interference and modify tool position is proposed. First, the detection matrix is established to detect local tool interference at all the cutter location points on tool path simultaneously in five-axis ball-end milling of complex surfaces. The algorithm of detection matrix based on point arithmetic is simple. Secondly, the new coordinates of the modified interfering-free points are obtained precisely by using the genetic algorithm. The feasibility of the method is validated by simulation in Matlab. This research is benefit to simplify the calculation of local tool interference detection and tool position modification.

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。

微径球头铣刀微铣削有限元仿真及微铣削力预测

变螺旋角螺旋线的切削刃使得微径球头铣刀微铣削过程复杂且实验研究难度较大,对此,提出有限元建模仿真与多元线性回归分析相结合的微铣削过程量化分析和微铣削力预测方法。结合球面螺旋线模型和实测建立微径球头铣刀的三维模型,以此为基础实现全槽微铣削的有限元仿真,并通过实验验证仿真的正确性。针对主轴转速、进给速度与铣削深度三因素,利用正交实验设计方法确定三因素三水平的微铣削仿真方案,得到不同工艺参数组合下的微铣削力数据,通过多元线性回归分析建立预测微铣削力峰值的经验模型,其拟合优度分析表明预测模型具有较好的准确度和可靠性,可用于工艺参数对微铣削力峰值的影响规律分析,优化控制微铣削过程。

考虑机床几何误差的球头刀三坐标NC铣削刀位控制

机床的各种误差是影响机床加工精度的重要因素,其中机床几何误差是主要的误差来源之一。为消除机床几何误差对加工精度的影响,以球头刀三坐标数控(numerical control,NC)铣削加工为研究背景,基于齐次坐标变换理论与刚体运动学方法,结合机床运动链拓扑结构分析,将机床几何误差映射到球头刀刀心的位置误差上。根据球头刀铣削工件表面成形原理,考虑机床几何误差与球头刀刀心位置间的映射关系,构建出刀心曲面与工件表面/设计曲面之间的正逆向计算模型。通过该模型求解出消除机床几何误差的编程刀心曲面,将该曲面导入CAM软件,即可获得消除机床几何误差的NC加工程序。通过曲面实例进行计算和仿真,佐证了该方法的可行性。

基于接触区域的球头刀五轴加工无颤振刀具姿态研究

为解决球头刀五轴铣削过程中接触区域获取困难和难以调整主轴转速实现稳定性铣削的问题,提出一种基于接触区域的姿态稳定性图获取方法。首先,建立了考虑刀具姿态与螺旋角影响的动态切削力模型。通过NX二次开发提取刀具与工件接触区域的初始数据,并采用一种坐标变换法获得不同刀具姿态下的接触区域。然后,使用全离散法构建姿态稳定性图判断了在不同刀具姿态下的铣削稳定性。最后,通过实验案例在五轴加工中心中进行球头刀铣削实验,验证了所提方法的有效性与可行性。现场加工表明,实验结果与预测值吻合良好。

GH4169高温合金球头铣刀铣削有限元仿真分析

GH4169高温合金在切削加工过程中通常会产生较大的切削力和较高的切削温度,进而难以控制加工表面完整性。借助ABAQUS有限元分析软件中的Johnson-Cook热力耦合模型建立球头铣刀简化模型,对GH4169高温合金的铣削加工过程进行三维有限元模拟仿真,研究GH4169高温合金材料在球铣削过程中的切削力、切削温度、等效塑性应变和应变率的变化与分布规律,并对比分析仿真结果与试验结果的差异。研究结果表明,仿真模型的预测结果与试验测量结果有较好的一致性,所构建的铣削有限元仿真模型为球头铣刀的铣削加工提供了可参考的切削要素。

基于BP神经网络的球头铣刀恒力切削控制方法研究

针对数控机床加工过程中的不可控制参数变化的问题,提出一种基于BP神经网络的球头铣刀恒力切削控制方法。分别建立铣削过程模型与BP神经网络控制模型,针对多指标变化导致恒力控制球头铣刀切削难以实施的问题,利用多层BP神经网络的自主高度拟合特性,结合恒力控制多时刻切削力与相关伺服输入,实现自适应调节多指标完成恒力控制。其中,指标包含切削力、进给量、进给速度、背吃刀量。为进一步探究噪声对控制算法鲁棒性的影响,利用方波噪声对所建立的控制算法进行干扰实验,讨论控制算法的抗干扰能力。结果表明:所提出的控制方法能够对球头铣刀控制进行快速且精确的恒力跟踪,在切削深度加深后能自适应地调整切削力;在添加噪声的恒力控制中,所获得的仿真曲线与未添加噪声时保持一致,进一步证明了该方法的抗干扰能力。该控制方法具有较好的控制性能与鲁棒性。

基于数学建模的球头立铣刀参数化结构设计

针对球头立铣刀的结构进行综合分析,建立球头立铣刀相关数学模型,确定球头立铣刀的周刃螺旋线、侧刃螺旋线和容屑槽,并基于UG的二次开发进行球头立铣刀的三维参数化建模,得到准确的球头立铣刀三维模型。在考虑机床误差的前提下,对原材料进行磨制与送检,发现经此方法设计的球头立铣刀前角、后角和螺旋角与设计值的偏差分别为15′36″,25′26″,8′12″,槽深和中心半径与设计值的偏差为0.007mm和0.004mm,角度偏差在0.5°之内,尺寸偏差控制在±0.01mm,该方法可有效提高刀具的外形精度。

球头铣刀铣削表面形貌建模与仿真

为了研究铣削加工的表面形貌 ,文章给出了考虑刀杆柔性的螺旋刃球头铣刀的动态铣削过程模型 ,并基于广义加工表面创成理论、球头铣刀刃线模型和铣削运动模型 ,对球头刀动态铣削表面形貌进行了建模和仿真 .

球面铣刀修磨几何模型研究

文中给出球面铣刀的制造模型 ,探讨了运用同一机构磨制邻近规格的不同球面铣刀的可行性问题 .为了充分利用现有的磨制机构 ,提出了斜等距曲面的概念及相应公式 ,介绍了它在球面铣刀修磨模型中的应用 ,并给出与制造相关的几何模型 .最后用实例验证了模型的可行性与可靠性 .该模型为实现复杂刀具的 CAD/ CAM提供了方法模型 .

球头铣刀刃口曲线的求解及螺旋沟槽的二轴联动数控加工

给出了球头螺旋铣刀三种不同螺旋刃口曲线的求解公式和二轴联动数控加工时砂轮的截形和相对运动求解模型，根据实得沟槽的模型和计算机模拟结果分析了存在的不足，并给出了相应的后处理方法。

球头刀具刃形建模与过渡刃设计

针对回转刀具的几何特征，提出了广义螺旋运动概念，并应用这 一概念建立了球头刀具典型刀刃曲线的通用数学模型。针对某些刀刃曲线的特殊性质和球头 刀具的刃形分布要求，提出了过渡刃的概念及其设计方法。

基于BP神经网络的球头铣刀铣削力建模与仿真

将BP神经网络的理论和算法应用于球头刀具铣削力建模的研究中。采用LM算法建立了铣削力预测的神经网络模型,模型中考虑了影响铣削力的加工参数,选取铣削力试验数据对神经网络模型进行训练,用训练好的神经网络模型对铣削力进行仿真。仿真结果表明,用BP神经网络方法建立的铣削力模型能够对铣削力进行准确的预测。

球头铣刀刀具磨损建模与误差补偿

针对刀具磨损度量方式和模型建立的问题,以球头刀具为研究对象,提出球头铣刀刀具磨损的度量方式,建立球头刀具磨损模型。以复映磨损在硬度较软加工材料上的方式测量球头刀具磨损,确定刀具磨损模型系数,给出刀具磨损模型系数确定的具体实现方法。加工试验验证球头刀具磨损度量方式的合理性和所建立刀具磨损模型的正确性,同时针对数控铣削加工中球头铣刀刀具磨损引起的误差提出离线仿真误差补偿算法,给出离线仿真误差补偿算法的具体实现步骤,通过建立的刀具磨损引起的加工误差模型仿真获得加工走刀步的误差。对于误差超差的走刀步,预先修改数控加工(Numerical control,NC)程序,保证实际加工零件满足精度要求。误差补偿验证试验表明所提出的离线仿真误差补偿算法的正确性和有效性。