微铣削中考虑刀具跳动的瞬时切厚解析计算方法

通过研究刀具实际切削过程中的余摆线轨迹及其影响,提出一种新的瞬时切厚解析计算方法,并针对两齿、四齿的情况给出瞬时切厚的具体计算公式。在两齿和四齿铣槽工况下,分析刀具跳动量和跳动角度对各齿切削过程的影响。该方法考虑刀具的综合径向跳动(包括主轴跳动,刀具制造安装误差等综合形成的径向跳动值),适用于微铣削中任意齿数刀具瞬时切厚的计算。通过与宏观铣削中的传统切厚计算公式、BAO模型和Newton-Raphson等数值法对比,量化指出了微细铣削加工与传统宏观铣削加工的一些不同,同时验证了提出的方法具有计算简洁、精度高和通用性强的优势。基于该模型进行了微铣削铣槽试验中切削力的预测,预测结果和试验结果相符良好,验证了模型的正确性和实用意义。     

平头铣刀圆形铣削的切削力预测

针对平头铣刀的圆形铣削,提出一种适用于圆形铣削的切削力预测方法。建立铣刀与工件交点的数学模型,求解工件与铣刀的时变交点进而计算铣削过程中不断变化的切入角与切出角。同时分析了铣刀轨迹曲率效应对瞬时切削厚度的影响。通过槽铣试验来确定切削力系数。基于微分思想,将圆形铣削过程中的瞬时切削厚度运用到切削力模型中计算微元切削力,然后通过积分法获得切削力值。数值仿真与圆形铣削试验结果表明,预测的铣削力和试验结果在幅值和变化趋势上都吻合良好,从而验证了该切削力预测方法的有效性。     

基于刀具磨损映射关系的微细铣削力理论建模与试验研究

微细铣削加工过程中,刀具直径小且磨损较快,刀具磨损对微细铣削力有着明显的非线性影响,同时刀具跳动又对刀具每齿的磨损表现出不同的影响效应,这些影响因素会导致加工过程的不稳定性和精度。然而,目前缺乏考虑具有刀具跳动和磨损效应的通用微细铣削力模型,研究了刀具跳动与刀具每齿磨损量之间的变化规律,提出了一种同时包括刀具跳动和刀具磨损效应的新型的微细铣削力模型。该模型中,根据刀具每齿磨损量与切削位置的几何关系,改进了瞬时切削厚度模型,基于不同切削刃所对应的受力情况,同时将刀具直径方向上磨损变化量与力模型系数相关联,从而来提高力模型的精确度。最后,通过不同铣削参数下的铣削试验,论证了所提出模型的准确性和有效性。利用所提出的模型,可以通过监测铣削力的大小来辨别刀具尺寸是否在可持续铣削的范围内,从而提高微铣削的加工精度和效率。     

基于布尔运算的球头铣刀瞬时切削厚度建模及分析

在五轴球头铣刀的铣削加工中,瞬时切削厚度模型的建立是准确预测切削力的关键步骤之一。目前大部分模型注重刀具和工件接触区域的建模,仅考虑了参与切削的刀刃切削厚度,而忽略了刀刃对工件的影响。本文提出一种基于布尔运算理论的瞬时切削厚度建模方法,从瞬时切削厚度的理论出发,考虑了所有刀刃对工件切削厚度的影响,并引入根据球刃曲线创建的辅助实体模型对瞬时切削厚度进行提取,并经铣削力试验验证了该模型的有效性。     

基于真实刀刃轨迹的立铣刀切削厚度模型

瞬时切削厚度是铣削加工建模研究的重要参数之一。通过分析刀刃切削轨迹,可以得到准确的瞬时切削厚度,但需要求解复杂的超越方程。通常对切削刀刃轨迹进行不同程度的简化来求解近似的瞬时切削厚度。为得到准确的瞬时切削厚度,提出一种新的切削厚度计算模型。基于立铣刀真实切削刀刃轨迹,对近似的切削厚度模型进行补偿,得到较传统计算方法更为准确的结果,计算过程也更为简单。通过切削力试验验证,该模型可以得到更好的动态切削力预测结果。     

基于DEFORM-3D有限元模拟的高速铣削刀具偏心跳动分离与辨识研究

利用DEFORM-3D三维有限元软件模拟高速铣削过程,分析铣削力与切削厚度间的线性关系,建立瞬时铣削力-瞬时切削厚度数学模型.通过一维搜索分离出刀具偏心跳动引起的铣削力并予以再次有限元模拟,完成刀具偏心跳动参数辨识,最终通过平头立铣刀加工AL6061-T6试验验证有限元模拟预测刀偏铣削力模型的正确性,为铣削力学分析与参...     

基于斜角有限元仿真的齿轮铣削力预测研究

针对采用机械力学模型或铣削有限元仿真方法计算齿轮铣削力耗时且繁琐的难题,提出了一种基于斜角有限元仿真的铣削力预测方法。该方法将铣刀的切削刃离散成无限小的微元斜角切削过程,通过一系列斜角切削过程仿真,拟合得出了切削力系数与未变形切削厚度之间的关系;然后通过几何变换,将所求得切削力系数运用于铣削过程,得到了作用在齿轮刀具上的瞬时切削力。通过与实际铣削仿真得到的结果进行对比,结果表明,斜角切削有限元仿真方法可以应用到齿轮轮齿的铣削过程中,并验证了所提出方法的有效性,为齿轮制造过程中力的预测及后续齿轮加工表面完整性研究奠定了较好基础。     

铣削加工中切削参数对切削力的影响

切削力是影响零件加工质量和刀具使用寿命的重要因素,而切削力的大小又是和切削参数息息相关的,因此,研究铣削加工中切削参数各因素(切宽、切深和每齿进给量)对切削力的影响有着非常重要的意义.文中通过设计一系列的切削实验,对铣削加工过程中,影响切削力的切削参数各因素进行了分析,从而得出其中的普遍性规律,为铣削加工中切削参数的选...     

水室封头材料加工切削力试验及预测模型研究

水室封头作为核电设备的主要零部件,长期处在高温、高压、高辐射等恶劣的工作环境下,材料为高强度钢508Ⅲ钢,具备高强度和高温的力学特性,导致其切削加工性差。在水室封头重型切削加工过程中,大多采用硬质合金刀具进行切削,铣削过程中刀具受到较大的机械冲击和温度影响。针对切削过程中刀具失效严重、换刀频繁等问题,进行水室封头材料加工切削力试验及预测模型研究。通过对水室封头材料进行单因素铣削试验,探讨切削用量与切削力的关系;进而采用正交试验的方法分析切削参数对切削力影响的显著程度,应用回归分析方法建立切削力预测模型,并进行验证。研究结果为进一步研究水室封头材料加工刀具失效机理、切削参数优化及刀具设计开发提供一定的试验基础和技术支持。     

基于斜角切削的曲线端铣切削力建模

切削力预测是制定与优化加工工艺的重要环节。针对曲线端铣加工过程,提出一种基于斜角切削的切削力建模方法。将刀具沿轴向微分,以曲线微分几何计算微元刃上的工作基面。在微元刃的工作法平面参考系中,应用最小能量原理,构建微元刃中力矢量、速度矢量、流屑角、法向摩擦角、法向剪切角及剪应力等切削参数之间的约束。以单齿直线铣削试验对切削参数进行标定,其中法向摩擦角、法向剪切角及剪应力等可表示为瞬时未变形切屑厚度的函数。选取高强度钢PCrNi3MoVA试件,分别进行圆弧和Bézier曲线端铣加工试验。试验结果表明,曲线端铣时切削力的变化与瞬时进给方向和曲线曲率相关。切削力预测值的幅值大小和变化趋势与试验值一致,验证了该切削力建模方法的有效性。     

球头铣刀加工倾角对切削力的影响

对球头铣刀刀具轴线和工件加工表面之间的加工倾角进行了理论研究,建立了加工曲面时刀具倾角的数学模型,并通过试验研究了高速铣削铝合金时刀具倾角对切削力的影响规律。随着刀具轴线相对于进给方向倾斜角度β的增大,切削力变化的趋势是减小;编制多轴数控加工程序时可以通过设置合理的刀具倾角来改善切削条件。     

考虑刀杆柔性的球头铣刀切削力模型的研究

建立了球头铣刀切削力模型，并基于刀具弹性变形模型及刀具避让的切屑厚度数学表达式，建立了切屑厚度与刀具变形量、刀具切削参数之间的数学关系，并提出了切削力收敛算法。最后，通过切削实验对切削力模型进行了验证。     

基于Z-MAP方法的球头铣刀铣削力的建模

瞬时刚性切削力的建模是铣削加工物理仿真的基础,然而,球头铣刀的刀齿形状复杂,加工过程中姿态多变,瞬时刚性铣削力的建模难度较大。在考虑刀具姿态调整的情况下,通过齐次坐标变换建立了刀齿的运动轨迹,提出了一种识别刀具和工件瞬时接触区的改进Z-MAP算法,通过计算当前刀齿的参考线与工件的边界面或刀齿扫掠面的交点求出瞬时未变形切屑厚度,并采用非线性回归的方法辨识了切削力系数,在此基础上使用微元积分法建立了瞬时切削力的计算模型。为了验证仿真模型的可靠性,分别进行了垂直加工和倾斜加工试验,试验和仿真结果具有较高的一致性,表明该建模仿真方法是有效的,可以为实际加工中参数的选择和优化提供理论依据。     

Cutting Force Model for a Small-diameter Helical Milling Cutter

In the milling process, the major flank wear land area (two-dimensional measurement for the wear) of a small-diameter milling cutter, as wear standard, can reflect actual changes of the wear land of the cutter. By analyzing the wearing characteristics of the cutter, a cutting force model based on the major flank wear land area is established. Characteristic parameters such as pressure parameter and friction parameter are calculated by substituting tested data into their corresponding equations. The cutting force model for the helical milling cutter is validated by experiments. The computational and experimental results show that the cutting force model is almost consistent with the actual cutting conditions. Thus, the cutting force model established in the research can provide a theoretical foundation for monitoring the condition of a milling process that uses a small-diameter helical milling cutter.     

曲面铣削过程加工路径对切削力和磨损的影响研究

针对不同走刀路径下的复杂曲面加工过程进行球头铣刀铣削Cr12MoV加工复杂曲面研究,分析不同走刀路径下铣削力和刀具磨损的变化趋势。试验结果表明:通过对比分析直线铣削和曲面铣削过程中的最大未变形切屑厚度,可以得出单周期内曲面铣削的力大于直线铣削过程的力,铣削相同铣削层时环形走刀测得的切削力普遍大于往复走刀测得的切削力;以最小刀具磨损为优化目标,运用方差分析法分析得出不同走刀路径的影响刀具磨损的主次因素,同时利用残差分析方法建立球头铣刀加工复杂曲面刀具磨损预测模型,并通过试验进行验证。     

内置被动阻尼器减振铣刀的实验测试

提出一种长径比接近8的内置被动阻尼器减振铣刀结构。开展阻尼器模态测试,确定最优结构设计方案。对内置被动阻尼器减振铣刀进行周向模态测试,研究减振铣刀在不同方位的动力学特性。选取铝合金和钛合金工件材料,开展多组切削参数组合下的切削实验测试。在铝合金切削时,减振铣刀的加工噪声、切削力和表面粗糙度比无阻尼铣刀平均下降了52.1%,49.5%和73.4%;在钛合金全槽铣削时,能够在无阻尼铣刀出现明显颤振的切削条件下实现平稳切削。     

两刀片固定镗刀块切削加工的力学模型

镗削加工的质量主要取决于镗后孔表面残留下的进给印痕,它受镗刀块上刀片的径向和轴向摆差、以及镗刀块与孔中心线间的错位量的影响。首先找出切削层面积及刀刃与切屑接触长度,然后分别乘相应系数,然后考虑镗刀块上每一刀片的安装错位所引起的径向和轴向摆差,导致切削负荷的不规则分布,以及镗刀块的轴线与孔轴线错位量导致切削力不平衡引起的振动,进而影响孔的质量。在此基础上建立了镗削加工的力学模型,可有效计算和解决上述问题,有助于提高镗削加工的质量。