大型螺旋曲面5轴旋风式数控铣削技术

基于5轴卧式特制数控铣床,提出了一种旋风式铣削技术。该技术实时调整旋风式铣刀回转面的曲率方向,使其与被加工曲面的曲率密切贴近,极大地增加刀具在被加工曲面上的扫描面积,可显著提高切削效率和节省加工时间。重点分析了螺旋曲面的几何特性、5轴卧式特制数控铣床坐标系的运动关系、旋风式铣削的数学原理和刀位方程等有关问题。     

自由轮廓曲面铣削加工的表面尺寸误差补偿

针对自由轮廓曲面铣削加工,提出了一种补偿加工中由于刀具变形引起的表面尺寸误差的方法。通过对铣削过程分析,推断出在稳态铣削过程中,当刀具变形发生时,在垂直于刀轴的平面内,实际的切削载荷对刀具的作用力和刀具对挠曲变形的抗力处于瞬时平衡状态。理想的加工情形是刀具的实际切削位置严格遵循名义刀具轨迹,因此表面尺寸误差补偿的过程可以转化为:以名义刀具轨迹界定刀具的实际径向切深,进而是切削载荷和刀具变形量,在实际刀具轨迹规划中补偿该刀具变形量。加工试验表明该误差补偿方法能有效地降低自由轮廓曲面铣削加工的让刀误差。与现有的误差补偿方法相比,该方法能综合考虑刀具系统的柔性,在实施过程中也无需耗时的迭代计算。     

复杂曲面零件超精密多轴铣削加工工艺研究

常规的铣削加工工艺在工艺规划中具有不确定性,影响工艺质量。针对铣削加工工艺的质量问题,研究人员设计了多种加工工艺。基于NSGA-Ⅱ的多轴铣削加工工艺,与基于切削稳定性与表面质量约束的多轴铣削加工工艺的应用较为广泛。因此,设计了复杂曲面零件超精密多轴铣削加工工艺。选择小楔角铣削加工刀具,选用0°前角作为刀具楔角,结合刀柄结构缩小回转半径,实现铣削刀切削稳定的目标。规划复杂曲面零件超精密多轴铣削走刀轨迹,将多轴轮廓铣的刀轴位姿与投影方向进行调整,在复杂曲面零件表面生成光滑轨迹,确保铣削加工质量。采用仿真实验,验证了该工艺的铣削质量更佳。     

自由曲面等高加工铣削载荷预报

实际生产过程中球头铣刀主要用于曲面加工,但是关于球头铣刀曲面加工切削力的研究很少.本文针对曲面铣削加工中球头铣刀切削力预报的问题,通过离散近似将动态的切削过程分解为一系列进给方向和刀具与工件接触区不断变化的微小瞬态阶段,将剪切和犁切双重作用的静态球头铣刀切削力模型引入到自由曲面铣削载荷预报中,并选取一自由曲面工件进行铣...     

铣削力预测研究进展

从切削几何条件不变的平直面加工和切削几何条件可变的曲面加工两个方面综述了当前铣削力预测方面的研究成果。指出研究复杂曲面加工的铣削力预测,尤其是非球头铣刀复杂曲面五轴加工的铣削力预测是本领域的重要发展方向。     

基于过程集成优化的复杂曲面数控铣削性能分析

针对复杂自由曲面变曲率、大扭曲的特征及其铣削性能难预测的问题,提出加工过程的集成优化的切削性能分析方法,在曲面多轴铣削工作流程中综合评价和提高切削加工效率和质量。建立了自由曲面体零件多轴加工集成优化铣削模型,集成切削加工刀位轨迹计算、切削仿真与机床运动仿真、切削力预测、工艺参数优化工作流程及其输入输出文件,实时从输出文件中解析提取计算结果参数,有效分析预测切削参数与切削力对加工效率和质量的影响,实现复杂自由曲面铣削过程的集成与全局优化。将该方法应用于大型混流式水轮机叶片的数控铣削性能分析,并与生产数据进行对比,进一步验证了所提加工过程集成优化方法可有效分析和预测大型自由曲面的数控铣削性能。     

复杂表面高速切削模式

介绍一种适用于复杂表面切削加工的解决方案.该方案基于模块化理念,应用CAD/CAM技术、数控高速切削技术和新型刀具,把复杂表面加工转化为一种简捷、高效的加工流程.所述模式把复杂表面描述为:最大投影面、最小凹部半径、型腔深度三个基本特征,并以此为依据进行离散化设计,使其成为可以实施加工的模块.模块由坐标平面、平坦曲面、陡...     

多轴铣削加工表面形貌建模与仿真研究分析

在考虑刀具偏心的情况下,建立多轴铣削加工形貌仿真模型,推导出多轴铣削情况下球头铣刀切削刃上任意一点相对被加工工件的轨迹方程,建立仿真算法求解被加工工件表面残留高度,并对平面铣削加工以及圆弧面铣削加工分别进行铣削仿真研究,研究刀具轴线角、进给倾角分别对表面粗糙度的影响。通过提高铣削过程中被加工工件表面质量,为开发实用的铣削加工过程物理仿真系统奠定了坚实的基础,对发展数控加工技术和指导实际生产具有一定的意义。     

基于曲面再设计的钛合金高速铣削热研究

钛合金复杂曲面零件在航空航天、汽车及船舶等工业领域应用广泛。该类复杂曲面零件在高速铣削加工过程中由于加工轨迹曲线几何特征的变化,导致瞬时切削量不断变化,致使复杂曲面铣削热剧烈波动,影响零件表面完整性。为此,以钛合金TC4正弦轮廓曲面三轴高速铣削加工为例,以提高零件表面完整性为目标,通过微调加工余量实现半精加工工序曲面轮廓的再设计,确保加工过程瞬时切削面积恒定,使得TC4正弦轮廓曲面高速铣削过程铣削温度稳定,为实现高质量加工提供技术支撑。     

复合型陡峭曲面高速加工刀路的优化

针对现有数控加工中螺旋刀轨对曲面形状适应性差、无法应用于复杂陡峭曲面的问题,提出了一种复合型内侧陡峭面螺旋刀轨。一方面,通过构建圆柱螺旋线的方法获得光顺的螺旋驱动曲线;另一方面,通过抽取实体并将顶部曲面替换为平面的方法构建检查几何体;然后将螺旋驱动曲线和检查几何体导入CAM软件,对进退刀轨迹进行光顺化处理,从而生成连续光顺的螺旋刀轨。刀轨模拟和实际加工结果表明,复合型内陡峭面螺旋刀轨有效解决了高速加工中的切削颤振,显著提高了内侧陡峭面的加工效率和加工精度。     

复杂曲面微模具的加工仿真及实验研究

采用逆向工程方法获取微模具的点云数据,利用逆向工程软件对点云数据进行处理、曲面重构和误差分析,获得了具有较高曲面造型精度的模具模型.利用UG加工模块,对微模具的数控微细铣削加工过程进行仿真,确定合理的切削参数和数控程序.以微小型三轴数控铣床为加工平台,利用微径球头铣刀对微模具进行加工实验.最终,实现了特征尺寸在微米级、具有复杂曲面结构微模具的高质量加工.     

钼钒铸铁汽车覆盖件模具数控高效切削加工稳定性研究

针对汽车覆盖件模具型面特点,进行了球头铣刀高效加工自由曲面铣削方式与切削层参数的研究,获得了被加工曲面曲率和铣削参数对切削层参数的影响规律,提出了控制模具型面切削过程稳定性的方法。结果表明:在汽车覆盖件模具型面粗加工阶段通过选择合理的刀路使被加工表面的曲率连续变化,有助于控制切削过程的稳定性,而在半精加工和精加工阶段通过减小行距能够降低切削层参数的变化幅度,获得较高的模具加工质量。     

复杂组合曲面加工的应用研究

复杂自由曲面广泛应用于模具、汽车以及航空领域等形状复杂的零件，自由曲面可看作由大量空间曲面片拼接而成。一般采用多轴数控机床进行加工，在自由曲面的数控加工中，经常会碰到各类相交的曲面，在相交曲面间有时用圆角过渡，有时形成近似的过渡曲线，对这些过渡面的加工，难度较大，加工精度较低。如对于具有陡斜面和浅平面的组合曲面，无论采用截面法还是等高线法，加工质量往往很差，表面残留高度远远高出允许值。加强对这类过渡曲面数控加工的研究，对提高具有复杂曲面产品的加工质量和加工效率具有重要的现实意义。     

覆盖件模具曲面曲率特征对球头刀铣削力的影响

针对自由曲面模具的铣削加工,提出一种综合考虑曲面曲率、刀具前倾角和侧偏角的瞬时铣削力预报方法。基于曲面几何特征,研究了进给方向、行距方向曲率半径对刀具切削角度的影响,以及刀具前倾角和轴向切触角对未变形切屑厚度的影响;基于微分思想,将自由曲面加工中任意刀齿切削周期内的切触区进行离散,结合三维次摆线切削轨迹建立未变形切屑模型,得到适合于自由曲面三轴球头铣削的瞬态铣削力,该模型能够综合考虑曲面曲率特征变化、刀具工件切触角度变化;基于二次曲面模具模型进行铣削加工试验,试验测试结果表明,预报的铣削力和试验测量结果在幅值上和变化趋势上具有一致性,在平稳切削时最大铣削力预测误差值在12%以内,验证了该方法能有效地预报自由曲面模具的球头铣削的瞬态铣削力。     

基于动力学响应的球头刀五轴铣削表面形貌仿真

针对自由曲面球头刀五轴铣削中刀具与工件复杂的位姿关系,利用球头铣削刃的三维次摆线轨迹,提出一种在工件表面等距离间隔缓存残留高度、在刀具端等时间间隔缓存振动响应的双缓存离散机制,分别实现五轴铣削中的名义加工表面形貌建模与系统动态响应轨迹仿真。在此基础上,以切削刃经过工件表面残留区域的时间信息为纽带,利用系统瞬时动态位移响应的插值信息对已加工表面法向残留高度进行修正,建立考虑铣削系统动力学响应的已加工表面形貌预测模型。以变切深、变转速、恒定的刀具倾角与每齿进给量所进行的验证试验表明,提出的球头刀五轴铣削表面形貌建模方法可有效预测颤振工况与稳定铣削工况的加工表面形貌与纹理特征。     

五轴曲面铣削的通用表面纹理形貌建模方法

为进一步提高五轴铣削加工曲面纹理形貌仿真建模方法的通用性,同时为考虑刀具姿态角影响及分类的曲面纹理质量评定提供参考,提出了一种基于刀具结构通用参数和通用曲面刀触点坐标系的五轴铣削曲面纹理形貌建模及仿真方法。基于具有通用性的环形铣刀,采用刀具倾斜角?和旋转角θ定义刀具位姿,建立了能够适用于不同刀具及曲面的五轴铣削表面纹理过程的刀具切削刃点表达式。基于离散化思想,结合刀具切削刃点表达式,提出通过几何关系寻找瞬时扫掠四边形内工件网格点来实现曲面纹理形貌仿真。建立了平面和球面两类常用不同几何特征曲面以及不同类型自由曲面在不同刀具姿态角下表面纹理形貌仿真模型,并将平面仿真形貌分为?=0°、?≠0°两类,同时通过平面仿真时间对比验证了该仿真方法的效率更高。最后进行平面切削实验,结果表明,θ=-40°、?=20°及θ=15°、?=60°组合下实际切削与仿真表面纹理特征基本一致,同时实际切削表面纹理形貌特征与仿真分类结果一致,验证该曲面纹理形貌建模和仿真方法正确有效。     

加装气浮飞刀铣削装置的车床改造及应用

为了实现细轴上微小平面的精密加工,研制了一套飞刀铣削装置,该装置的主轴采用空气静压轴承,回转精度为0 1 μm.将其加装在精密数控车床的工作台上,配合成组车削刀具,使工件能在一次装夹过程中,按照数控指令实现车削轮廓及飞刀铣削出微小平面,从而提高微小平面的加工精度.研究了气浮飞刀切削速度、背吃刀量和进给量等主要切削参数对微小平面表面粗糙度的影响规律.在0 4 mm×0 4 mm范围内的平面,其尺寸和位置精度±2 μm,平面度小于1 μm,表面粗糙度值达Ra0 03 μm.     

面曲率在自由曲面多轴加工中的应用

加工自由曲面球头铣刀所受铣削力跟随曲面形态不断变化,由自由曲面向外偏置球刀半径所形成的曲面称为刀位点所在曲面,其曲率是计算铣削力的重要参数之一。如何简单准确地获取到位点所在自由曲面的面曲率对多轴数控加工自由曲面有重要的意义。以等参数网格包覆待加工的自由曲面,通过矢量计算获取刀位点所在网格曲面,该网格点群即刀位点所在曲面的点云。通过软件获取点云上难加工点以及周围点的坐标,并计算刀位点所在曲面的曲率,并以其数值作为加工工艺的参考。     

薄壁镂空型工件的加工变形控制及工艺优化

以复杂自由曲面为组成要素的薄壁镂空型工件,由于刚性差、结构复杂以及材料去除量大,传统加工中极易出现工件变形和振动,引起工件表面粗糙度差、刀具衔接痕迹重的缺陷.优化了薄壁镂空型工件设计方案,采用多轴定位与多轴联动加工组合的高速铣削工艺,研究了工艺系统的受力变形、热变形、减小刀具切削系统的振动、采用合适的切削参数等加工条件...     

微细铣削技术研究综述

微细铣削可以加工三维自由曲面及复杂零件,其应用前景日益广阔。然而由于刀具尺寸及加工参数的急剧减小,微细铣削表现出显著不同于传统铣削的切削特性,因此近年来研究人员对微细铣削技术进行了广泛研究。微细铣削的加工过程复杂,涉及到许多方面,综述国内外在微细铣削方面的研究,总结了微细铣削加工过程中最小切削厚度、切削力、表面粗糙度、刀具磨损及其他方面研究的最新进展。探讨了微细铣削所研究的各方面的发展趋势,并对其应用前景进行了初步讨论。