超声椭圆振动精密切削

传统超声振动切削加工中刀具后刀面与工件已加工表面的高频摩擦使刀具承受交变拉压应力,导致刀具疲劳崩刃。超声椭圆振动切削技术使刀具以椭圆振动轨迹对工件进行切削,避免了刀具后刀面与已加工表面的摩擦,有效抑制了刀具的崩刃破损;同时,将刀具前刀面与切屑之间有害的摩擦力变为有利的切削力,增加了刀具的剪切角,降低了切削过程中的吃刀抗力,提高了加工精度。     

钛合金椭圆超声振动辅助切削表面质量仿真研究

椭圆超声振动辅助切削（EVAM）技术是提高难加工材料加工质量一种有效的加工方法。建立超声振动有限元模型研究超声振动参数（频率和振幅）对Ti6Al4V加工残余应力和表面形貌的影响规律。有限元分析结果表明,超声振动切削可以增大工件的最大残余压应力分布深度,但会恶化工件表面形貌完整性。Y方向振动对工件表面的脉冲冲击载荷有利于增大工件的残余压应力场。工件表面形貌完整性随着振动频率和X方向振幅增大逐渐改善,随Y方向振幅增大逐渐恶化。提高振动频率和振幅均有利于工件表面残余压应力的形成,从而有利于提高工件的加工质量。     

薄壁零件的超声振动精密切削研究

为了解决薄壁零件的加工变形问题，引入了超声振动切削的新工艺，设计了其中的刀尖微调机构，通过大量的试验，给出了普通切削和超声切削的对比数据，证明了超声振动切削确实能有效提高薄壁零件的加工精度。     

椭圆振动切削加工的同步控制研究

利用椭圆振动切削加工的回转体表面微织构是在机床主轴旋转、平台进给和装置椭圆振动的联合运动下得到的,机床主轴转动与装置位移输出如果不能保持完全的实时同步,会造成微织构加工的偏差。为了解决这一问题,提出了一种新的基于转角的同步控制方法,该方法在主轴的对位基准处实现装置正弦信号的复位,以修正转速漂移造成的加工位置误差,并通过判断主轴角度信号实时输出对应幅值电压来实时同步信号输出和机床旋转运动。基于LabVIEW FPGA搭建同步控制模块,经试验验证,利用该方法加工的矩形阵列微织构轴向排列与中轴线平行,与周向排列的夹角和仿真结果的偏差不超过0.1°,织构深度随转角的不同发生预设的变化,因此,同步控制方法具有实时同步控制椭圆振动切削装置的能力。     

基于压电迟滞模型的非共振椭圆振动切削装置控制研究

根据所研制的一种典型结构的非共振椭圆振动切削(Elliptical Vibration Cutting,EVC)装置,考虑压电叠堆在非共振EVC装置表现出来的动态迟滞特点,对静态PI迟滞模型进行分段动态化权值处理,构建动态PI迟滞模型描述非共振EVC装置各轴向输入电压与输出位移的关系。通过对迟滞模型的求逆建立非共振EVC装置的前馈控制器,为进一步提高控制系统的精度与稳定性,引入PID反馈环节,用前馈逆控制器加PID反馈的复合控制方法控制非共振EVC装置各轴向输出指定频率、幅值的正弦位移,进而使其合成的椭圆振动轨迹运动频率、轴长和倾角满足需求,实现对非共振EVC装置的控制。试验结果表明,非共振EVC装置在复合控制下能够在频率100Hz以下输出振幅、倾角可调,且运动误差低于3.5%的椭圆振动轨迹。     

振动切削的刀具磨损研究

在深孔加工中，给刀具（工件）施以低频轴向振动，成功地解决了切屑处理问题，降低了因切屑堵塞而引起的刀具破坏的可能性，但刀具的磨损寿命有所下降。     

铝7075介观尺度切削过程的仿真研究

基于位错机制的应变梯度(MSG)塑性理论,采用任意拉格朗日一欧拉ALE算法,建立了铝合金介观尺度切削过程的仿真模型,并通过试验对仿真模型进行了验证.结果表明:PCD刀具切削铝合金的最小切削厚度大致为刀具钝圆半径的0.25～0.3倍;材料应变梯度的存在使得材料表现出强烈的尺度效应,并且使单位切削力随着进给量的减小明显增大.     

低频椭圆振动切削加工仿真分析

基于椭圆振动切削和金属加工原理,应用ThirdWave-advantEdge仿真软件对椭圆振动切削进行研究,对比普通切削,改变振动切削参数,分析了椭圆振动切削中振动切削参数对切削力、温度变化的影响.     

精密超声振动切削频率对切削力影响规律的研究与仿真

建立了振动切削中切削力的数学模型,进行振动切削中频率对切削力影响机理的研究,并通过数值模拟的方法,首次从理论上给出精密振动切削中频率对切削力的影响规律。同时,还研究了在不同的振动切削条件下,切削力随切削参数变化的变化规律。     

基于回转基准面的椭圆振动辅助切削微织构过程仿真研究

仿生研究表明,具有凹坑、沟槽等微结构的表面具有减阻、自清洁等优异性能,微结构表面在航空航天、船舶、光学等领域有广泛的应用,对于节省能源、减阻降噪、降低污染和提升产品性能等具有重要的意义。为了有效预测椭圆振动辅助切削加工微织构的效果,依据椭圆振动装置的共振频率和回转类基准面的转动速率,给出了一种椭圆振动辅助切削微织构的轨迹规划方法,通过对周期振动载荷进行傅里叶级数的转化,在刀具有限元模型上加载了椭圆振动载荷,建立了基于回转面的椭圆振动辅助切削微织构的有限元仿真模型。基于建立的有限元仿真模型,对不同振动参数下的椭圆振动辅助切削微织构加工过程中的瞬时Mises应力分布和切削力进行分析,验证了微织构加工轨迹的正确性,为进一步的微织构加工提供了参考。     

超声振动切削对耦合颤振的影响

以耦合颤振为研究对象,通过理论分析和实验测量,研究了超声振动切削(UVC)方法对其影响及机理。超声振动切削可以通过控制系统能量摄入抑制耦合颤振。一方面,确定系统发生耦合颤振具有临界能量阀值,系统摄入能量为瞬时切削功率在净切削时间内的积分;建立的临界切削深度模型,表明超声振动切削可以增大临界切深,这表示系统具有更大的切削功率阀值,其原因是超声振动切削方法净切削时间减少,从而在一定切削时间内维持系统能量摄入总量不变,保证切削系统的稳定。另一方面,在相同条件下,超声振动切削可以有效降低平均切削力,减少系统摄入的能量,从而减弱耦合颤振的振动幅度,对其进行抑制。使用自行研制的弱刚度镗杆进行了对比实验,实验结果表明:超声振动切削可以增大临界切削深度且临界切深与占空比成反比;在相同条件下减小了系统振动幅度,获得了更好的加工质量。     

Chatter stability and precision during high-speed ultrasonic vibration cutting of a thin-walled titanium cylinder

Titanium alloys are widely used in the aviation and aerospace industries due to their unique mechanical and physical properties. Specifically, thin-walled titanium(Ti) cylinders have received increasing attention for their applications as rocket engine casings, aircraft landing gear,and aero-engine hollow shaft due to their observed improvement in the thrust-to-weight ratio.However, the conventional cutting(CC) process is not appropriate for thin-walled Ti cylinders due to its low thermal conduc...     

尾缘凹扇及综合修形对波瓣混合器性能影响

建立了某实用的尾缘凹扇和综合修形波瓣混合器流场数值计算模型,通过三维数值模拟研究,得到了尾缘凹扇以及综合修形对波瓣混合器流场、热混合效率和总压恢复系数的影响规律.结果表明:凹扇修形热混合效率随切除大小的增大而减小,总压恢复系数随切除大小的增大而增加;在所研究的尾缘综合修形模型中,凹扇半切模型混合效率高,总压损失小,综合性能最好.      

纵-扭复合超声钻削TC4钛合金振动系统设计与试验

螺旋沟槽变幅杆能够实现超声振动模式的转换,对单激励纵-扭复合振动的实现具有结构简单和操作可行的优点。基于弹性波场论对超声波在复合变幅杆中发生模式转换的原因及振动特性进行分析,并从超声波的入射角入手,分析入射角对振动模态的影响。在圆锥复合变幅杆的圆锥段开设螺旋沟槽,建立三维模型,并进行有限元仿真和试验验证,结果表明超声波入射角的改变对纵-扭复合变幅杆的扭-纵比影响显著。当入射角为46.5°和67.2°时,在变幅杆的输出端纵振模态和扭振模态发生明显的变化,实测的扭-纵比前者较后者提高约5.1倍。通过普通钻削与超声钻削实验对比,在不同的入射角条件下,超声钻削的平均钻削力均低于普通钻削力。与入射角为67.2°时对比,当入射角为46.5°时,平均钻削力降低约46%,并提高了制孔的质量,从而为模态转换的纵-扭复合变幅杆设计提供一定的理论依据。     

Elliptical vibration cutting of large-size thin-walled curved surface parts of pure iron by using diamond tool with active cutting edge shift

Large-size thin-walled curved surface parts of pure iron are crucial in aerospace, national defense, energy and precision physical experiments. However, the high machining accuracy and surface quality are difficult to achieve due to the serious tool wear and deformation when machining the parts with conventional cutting tools. In this paper, an elliptical vibration cutting (EVC) with active cutting edge shift (ACES) based on a long arbor vibration device is proposed for ultra-precision machining the pure iron parts by using diamond tool. Compared with cutting at a fixed cutting edge, the influence of ACES on the EVC was analyzed. Experiments in EVC of pure iron with ACES were conducted. The evolutions of the surface roughness, surface topography, and chip morphology with tool wear in EVC with ACES are revealed. The reasonable parameters of ultra-precision machining the pure iron parts by EVC with ACES were determined. It shows that the ACES has a slight influence on the machined surface roughness and surface topography. The diamond tool life can be significantly prolonged in EVC of pure iron with ACES than that with a fixed cutting edge, so that high profile accuracy and surface quality could be obtained even at higher nominal cutting speed. A typical thin-walled curved surface pure iron part with diameter ∅240 mm, height 122 mm, and wall thickness 2 mm was fabricated by the presented method, and its profile error and surface roughness achieved PV 2.2 μm and Ra less than 50 nm, respectively.     

Effect of ultrasonic vibration on finished quality in ultrasonic vibration assisted micromilling of Inconel718

Inconel718 was machined with the traditional micromilling (TMM) and ultrasonic vibration assisted micromilling (UVAMM) with the different technology parameters, whose surface quality and burrs formation were studied. The results show that TMM often forms pits, bumps and gullies in the size effect range. UVAMM effectively improves the surface quality compared with TMM. The surface defects are significantly reduced with the increase of feed per tooth (ƒ_z). When ƒ_z exceeds 4 μm, the effect of ultrasonic vibration on the surface quality is no longer obvious. The minimum burr size on the down milling side and the up milling side are 50.23 μm and 36.57 μm, respectively. The feasibility of vibration cutting in improving surface quality and suppressing burr size was verified. UVAMM effectively suppresses the formation of built-up edge, which can significantly improve the micromilling process. The cutting force is obtained through simulation and experiment. They are agreement in the change trend. The finite element simulation can be used to predict the cutting force. Compared with TMM, feeding force (F_x), radial force (F_y) and axial force (F_z) of UVAMM decrease by 7.6%, 11.5% and 1.3%, respectively.     

薄型中空电极振动电解切割TB6钛合金

TB6钛合金由于具有优越的性能,广泛地用于航空航天领域。然而从大余量的TB6钛合金锻铸件毛坯加工成复杂结构的零件,其加工效率低,刀具和机床成本高,造成了极大的浪费。为解决这一问题,提出了一种利用薄型中空电极进行快速大余量去除的电解加工(ECM)方法,即将零件与多余材料切割分离,有望较大程度提高加工效率,降低加工成本。为改善电解加工流场特性,提高加工精度,对电极施加振动,并对薄型中空电极的振动切割进行了建模分析和试验研究。试验结果表明,合适的振动幅值和频率(A=0.05mm,f=50Hz)可以使得各处电解液电导率趋于一致,从而提高加工的精度、稳定性和效率。复杂结构件的成功切割证明了薄型中空电极振动电解切割加工技术具有一定的适用性。     

后缘切角对波瓣混合器性能影响

建立了某实用的后缘切角波瓣混合器流场数值计算模型,通过三维数值模拟研究,得到了波瓣后缘切角的角度值对于波瓣混合器流场热混合效率和总压恢复系数的影响规律.结果表明:后缘切角在2.5°至15°之间变化时,热混合效率随切角角度的增大而增大,总压恢复系数随切角角度的增大而减小;后缘切角在15°至60°之间变化时,热混合效率随切角角度的增大而减小,总压恢复系数随切角角度的增大而增大.      

机床振动对高精度金刚石刀具研磨质量的影响

研磨机床的振动是影响金刚石刀具机械研磨质量的重要因素,尤其在精密研磨工序。为了提高金刚石刀具的研磨质量,针对金刚石刀具的精密研磨工序,在研磨加工时对机床施加空气隔振垫,使研磨的金刚石刀具切削刃钝圆半径从隔振前的93.8nm降到了隔振后的72.7nm,前刀面表面粗糙度则从2.4nm降到了1.0nm,研磨质量得到明显改善。