微细铣削加工表面位置误差的分析与预测

微细铣削系统的动态不稳定性会导致零件表面几何精度的偏差,以微细铣削加工表面位置误差为分析对象,在不考虑可再生颤振效应的加工条件下,建立了微细铣削系统动态切削力模型,确定了表面位置误差的分析方法。采用数值分析并结合前期的铣削试验,得到了微细铣削加工的稳定域叶瓣图和表面位置误差的解析解。对比了顺铣、逆铣加工的表面位置误差,详细分析了主轴转速和轴向切削位置对表面位置误差的影响。最后,通过把稳定域叶瓣图和表面位置误差数据组合在同一个图里面进行综合分析,预测表面位置误差并优化选择加工条件。     

铣削加工表面位置误差的可靠性灵敏度分析

铣削加工表面位置误差对工件的加工精度起决定性作用,而在铣削过程中的切削参数是随机的,传统铣削加工位置误差预测方法忽略了随机因素的影响,容易产生较大的分析误差。首先建立铣削加工过程动态模型,而后采用全离散法获取铣削加工位置误差随主轴转速的变化规律,最后推导了一种基于Kriging拟合的蒙特卡罗分析方法,开展铣削加工过程可靠性和可靠性灵敏度分析。数值算例表明,所述方法具有较高的精度和效率,且可靠性和可靠性灵敏度分析结果对于评价铣削加工过程的可靠性以及铣削加工参数的灵敏度具有重要的指导意义。     

铣削系统稳定性判定新方法研究

提出一种简便、实用的铣削系统稳定性判定方法,此判定方法的摹本理论依据,一是铣削系统稳定性极限好的位置所对应的刀齿通过频率(主轴转速与刀齿数的乘积)等于系统的固有频率及其分、倍频;二是共振区的半带宽理论.方法的输入条件是系统的模态参数和部分切削参数,且需要现场进行简单的变切深试验,通过测试获得的响应信号判断系统的稳定性极限.此方法与以往的稳定性分析方法相比,具有简单、实用、可靠等优点,其判定准确性可以完全满足实际加工现场的需要.     

多硬度拼接淬硬钢铣削动力学分析

颤振是金属切削加工过程中由于刀具和工件之间相互作用所产生的一种强烈的自激振动现象,会导致切削力幅值增加且发生剧烈波动,进而降低工件表面质量和刀具使用寿命。针对此问题,基于铣削过程稳定性预测分析方法建立多硬度拼接工件的动态铣削系统,对多硬度拼接模具铣削过程稳定性进行深入研究,实现了对拼接模具铣削加工过程颤振稳定域的仿真,进而研究了模态参数对稳定性叶瓣图形状的影响。最后通过时域分析、表面形貌和刀具磨损的研究,综合验证了稳定性预测曲线的精度。研究结果为多硬度拼接模具铣削加工提供理论基础,并设置合理的加工参数来实现金属最大切除率,为大型汽车覆盖件模具铣削加工提供理论依据及技术指导。     

五轴侧铣加工铣削接触区域建模

五轴侧铣加工时,刀具姿态的时变性使得加工过程中的刀具和工件接触区域复杂多变,提取铣削接触区域对研究多轴铣削中的切削力、加工误差和颤振稳定性至关重要,对此提出一种无需提取待加工表面信息的瞬时接触轮廓解析法。使用一系列离散切削微元表示刀具,根据刀具位置和铣削参数获得各切削微元特征点集,并使用样条曲线对其拟合。综合距离和进给方向条件限制筛选出每段切削微元的切入/切出点,同时表示在工件坐标系中获得瞬时接触轮廓。仿真和试验结果表明,最大切入/切出角误差均在3%以内,且计算效率约为实体建模法的9.5倍,证明了本方法的准确性和高效性。     

预测铣削稳定性的隐式Adams方法

针对铣削加工过程中产生的振动现象,提出了一种隐式Adams方法（Implicit Adams method,IAM）来预测铣削加工过程的稳定性。考虑再生颤振的铣削加工动力学方程可以表示为时滞线性微分方程,将刀齿周期可分为自由振动阶段和强迫振动阶段,对强迫振动阶段进行离散,运用IAM方法构建状态传递矩阵,利用Floquet理论,判定系统的稳定性,获得系统的稳定性叶瓣图。Matlab软件仿真结果表明,IAM方法是预测铣削稳定性的一种有效方法。随着离散数的增加,IAM方法的收敛速度要快于一阶半离散法（First-order semi-discretization method,1st-SDM）和二阶全离散法（Second-order full-discretization method,2nd-FDM）,离散数较少的IAM方法能达到离散数较多的1st-SDM方法和2nd-FDM方法的局部离散误差。此外,在单自由度和双自由度动力学模型下,三种方法的稳定性叶瓣图显示,IAM方法预测铣削稳定性的预测精度均好于1st-SDM方法和2nd-FDM方法,计算效率远远高于1st-SDM方法,稍高于2nd-FDM方法。切削试验和仿真结果表明,IAM方法的预测精度和可靠度均好于1st-SDM方法和2nd-FDM方法。     

基于铣削动力学的刀具强迫振动抑制研究

铣削是实现高速、高性能金属切削加工最主要的形式,其稳定性、加工精度和加工质量一直是研究的热点。针对柔性双自由度铣削工艺系统,建立了时滞微分动力学模型,模型中的铣削力包含基于刚体运动学的静态切削力成分和基于再生效应的动态切削力成分,并通过全离散法预测了无颤振工艺参数区域。在保证了稳定加工的前提下,在频域内求解了由于断续切削引起的刀齿周期性强迫振动轨迹,利用表面位置误差和最大高度表面粗糙度评价加工精度与质量。理论和试验表明,在刀齿通过频率决定的共振转速下往往能获得较大的无颤振极限切深,而相邻两个共振转速的中间区域虽可避免共振,但较容易发生颤振。通过合理选择工艺参数,可以避免颤振的发生和实现对强迫振动的抑制。     

薄壁零件铣削加工稳定性极限分析

针对薄壁零件铣削加工颤振稳定性问题进行了分析研究。综合考虑刀具子系统和工件子系统动态特性,采用三自由度弹性-阻尼系统,建立了适合薄壁零件的三维动态铣削力模型,求出了高速铣削稳定性极值解析解。根据模态锤击实验获得的频率响应函数(FRF frequency response function),绘出了铣削加工颤振的稳定性图形,并通过实验证实了稳定性图的有效性和准确性。     

铣削钛合金加工表面形貌特征参数的预测

钛合金在铣削过程中受迫振动明显,刀—工接触关系不断变化,加工表面形貌特征参数难以预测,已成为制约加工表面质量进一步提高的瓶颈。针对铣削振动与加工表面形貌的非线性随机变化特性进行了切削钛合金试验,采用高斯过程回归法构建铣削振动作用下的加工表面形貌高斯过程模型。分析刀齿误差和铣削振动对加工表面形貌特征参数的影响规律,为以加工表面质量分布一致性为前提的铣削钛合金工艺设计提供参考依据。     

铣削加工表面形貌预测方法研究

在考虑了刀具和工件在切削力作用下的振动、刀具的安装误差和工件的装夹误差对刀具相对工件位姿的影响下,通过加工几何运动学建立刀刃点在加工特征点活动标架下的数学模型。根据局部活动标架特征,将铣削表面残高求解问题转化为求解非线性规划问题,通过求解非线性规划问题来预测铣削加工表面微观几何形貌及粗糙度,为合理选择工艺参数提供科学的依据。仿真试验和加工试验验证了所提出的方法的正确性和有效性。