考虑变时滞效应的弱刚度球头铣刀铣削稳定性研究

弱刚度球头铣刀广泛应用于深腔模具零件的铣削中,加工过程中容易发生颤振,确定加工稳定域是实现稳定铣削的重要手段,但该铣削系统具有变时滞特点,稳定性分析的难度较大,制约着加工质量的提高。为此,提出一种弱刚度球头铣刀铣削稳定性分析方法。首先,建立弱刚度刀具系统的动力学方程;接着,基于Newton-Raphson求解出刀齿选定点的时滞量;最后,基于全离散法提出考虑变时滞再生效应的稳定性分析方法,并利用Floquet定理获得了不同转速所对应的临界切深,构建出铣削稳定性叶瓣图。实验结果表明在叶瓣图的非稳定域铣削时铣削力中含颤振频率成分,所加工表面的S_y和S_a比稳定域内加工表面增大35%和42%,说明该分析方法是可靠的,可为切削参数的选择和优化提供依据。     

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。     

立铣加工钛合金颤振稳定域的研究

为了优化铣削加工中的切削参数来减小或避免再生颤振的发生,在切削加工再生颤振理论的研究基础上,以硬质合金立铣刀粗加工钛合金TA15为研究对象,建立了刀具的动力数学模型,对再生颤振稳定域在频域内进行求解;对再生颤振稳定域解析算法进行程序设计,通过提供由动态铣削实验获得的铣削力系数和由模态分析实验获得的模态参数等程序所需参数计算得到与主轴转速和轴向切深二者相关的颤振稳定域叶瓣图;最后通过对钛合金TA15进行立铣加工实验验证了颤振稳定域解析算法的准确性。     

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。     

微细铣削6061铝合金的刀具磨损试验研究

为了指导获得稳定的高精度微细铣削,以微细铣削中刀具的侧刃磨损带宽度及切削力为指标,进行了微细铣削刀具侧刃磨损研究。以航空电子领域应用广泛的6061铝合金为工件材料,设计进行正交试验,发现刀具侧刃的主要磨损形式是涂层脱落和刀尖破损,磨损机理是粘结磨损;关键铣削参数对刀具磨损的影响程度大小依次为:径向切深a_e、每齿进给量f_z、轴向切深a_p;关键铣削参数对铣削力的影响程度大小依次为:每齿进给量f_z、轴向切深a_p、径向切深a_e;获得了优化参数组合为a_e=0. 3 mm,fz=1μm/齿,a_p=0. 15 mm。研究结果有助于微细铣削中刀具磨损机理的深入研究,也为合理选用微细铣削参数提供了一定的理论指导。     

基于复化Cotes积分和神经网络的稳定铣削工艺参数多目标优化方法

铣削过程再生颤振严重影响工件表面质量和生产效率,准确高效地识别铣削颤振稳定域并合理选择工艺参数是抑制颤振、提高生产效率的关键步骤。当前对考虑稳定性约束下的多目标铣削工艺参数优化研究仍然缺乏系统且完整的解决方案。为此,基于复化Cotes积分和神经网络并结合NSGA-Ⅱ遗传算法建立一种稳定铣削工艺参数多目标优化方法。其中基于复化Cotes积分法提出了一种新的铣削稳定域预测方法来获得二维稳定性叶瓣图(Stability lobe diagram,SLD),收敛性分析表明新方法具有更快的收敛速度。考虑径向切深不确定性得到由离散三维SLD曲面构建的铣削稳定域神经网络预测模型。最后,分别以材料去除率、刀具寿命作为效率、成本目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法建立稳定铣削工艺参数的优化模型。与经验方法对比显示,优化后的铣削方案可以提高8.4%的材料去除率和16.3%的刀具寿命。结果表明不仅可以通过更加准确地判断铣削稳定性来保证加工质量,而且能够为高效率低成本的铣削确定工艺参数提供科学理论指导。     

微铣削再生颤振动力学建模及稳定性分析

再生颤振是制约微铣削加工效率和加工质量的主要因素.以微铣削加工为研究对象,建立了考虑再生效应的微铣削颤振系统动力学模型和颤振稳定域解析模型,通过模态实验获得机床-刀具系统的频响函数,在此基础上综合使用铣削稳定性判据进行数值分析,获得了颤振稳定域解析解.最后进行了颤振稳定性加工实验,实验结果与仿真结果吻合良好,验证了建立的微铣削颤振系统动力学模型和颤振稳定域解析模型的正确性.     

铝合金铸造壳体高速铣削参数优化研究

在铝合金铸造壳体高速铣削的条件下,通过分析机床-刀具系统动态特性(颤振)与铣削参数合理的匹配关系,进而确定主轴转速和轴向切深的稳定颤振区域,在此基础上合理地选择非颤振铣削参数,为实际生产中铣削参数的选择提供科学依据。在具体实例中,通过对数控机床主轴进行数据采集,进而对数据进行解析,然后通过软件进行颤振稳定性仿真,获得稳定性叶瓣图,分析现场的实际工况,在叶瓣图非颤振区域选择合理的铣削参数,对优化的铣削参数进行了验证。结果表明,在主轴转速8 000r/min,切宽20mm的情况下,铣削加工过程稳定,切削效率提高了700%,表面粗糙度由原来的1.6μm降低至0.8μm。     

数控小尺寸铣削刀具切削稳定性研究

在较大功率的数控机床上进行铣削加工时,直径小于ф25mm铣刀的切削稳定性受到了一定程度的限制。通过实验和仿真研究了数控铣削加工的颤振稳定性,分析了刀具直径、装刀悬伸长度以及工艺系统刚度对颤振稳定域的影响。研究表明:采用较大的刀具直径和较短的安装悬伸长度,可以提高切削稳定性,同时也提高了极限轴向切削深度。通过颤振稳定域极限切深波瓣图,能有效地预报最大轴向切削深度下的切削速度,可较好地挖掘机床的切削潜能。     

高速铣削再生颤振稳定性预测与验证

再生型颤振是制约高速铣削加工效率和零件加工质量的主要因素。以高速铣削加工为研究对象,建立了考虑再生效应的高速铣削动态铣削力模型和颤振稳定域解析模型,通过模态实验获得机床-刀具系统的频响函数,在此基础上综合使用铣削稳定性判据进行数值分析,获得了高速铣削颤振稳定域的解析解。最后,进行了零件颤振稳定性铣削加工实验,实验得到的结果与仿真结果吻合良好,由此验证了建立的颤振系统动力学模型和颤振稳定性解析模型的正确性。     

模具钢铣削中刀具磨损的试验研究

以面铣刀刀片磨损为研究对象,结合类神经网络系统建构高速数控铣削加工的预测模型。以加工参数为模型输入条件,刀腹磨耗为输出条件。采用多因素试验方法,选择切削速度、进给速度、切削深度三个试验参数,利用直交表式的试验计划法设计试验点。依照试验点铣削工件后再测量刀具加工后的刀腹磨耗量,进而求得倒传递网络所需的36组训练范例与11组验证数据。刀腹磨耗预测模式是利用类神经网络中的倒传递网络原理,以田口法求得倒传递网络参数的最优值。试验结果显示,刀腹磨耗随着切削速度、进给速度、切削深度增加而上升。铣削模具钢后,刀具磨耗预测值的平均误差为4.72%,最大误差为11.43%,最小误差为0.31%。整体而言,类神经网络对于铣削加工可进行有效预测。     

Effects of Cutting Parameters on Tool Insert Wear in End Milling of Titanium Alloy Ti6A14V

Titanium alloy is a kind of typical hard-to-cut material due to its low thermal conductivity and high strength at elevated temperatures, this contributes to the fast tool wear in the milling of titanium alloys. The influence of cutting conditions on tool wear has been focused on the turning process, and their influence on tool wear in milling process as well as the influence of tool wear on cutting force coefficients has not been investigated comprehensively. To fully understand the tool wear behavior in milling process with inserts, the influence of cutting parameters on tool wear in the milling of titanium alloys Ti6Al4 V by using indexable cutters is investigated. The tool wear rate and trends under different feed per tooth, cutting speed, axial depth of cut and radial depth of cut are analyzed. The results show that the feed rate per tooth and the radial depth of cut have a large influence on tool wear in milling Ti6Al4 V with coated insert. To reduce tool wear, cutting parameters for coated inserts under experimental cutting conditions are set as: feed rate per tooth less than 0.07 mm, radial depth of cut less than 1.0 mm, and cutting speed sets between 60 and 150 m/min. Investigation on the relationship between tool wear and cutting force coefficients shows that tangential edge constant increases with tool wear and cutter edge chipping can lead to a great variety of tangential cutting force coefficient. The proposed research provides the basic data for evaluating the machinability of milling Ti6Al4 V alloy with coated inserts, and the recommend cutting parameters can be immediately applied in practical production.     

钛合金铣削过程刀具前刀面磨损解析建模

钛合金Ti6Al4V作为典型的航空航天难加工材料,在其铣削过程中硬质合金刀具的磨损会降低加工过程稳定性,进而影响加工效率和已加工表面表面质量。刀具前刀面磨损会导致刀具刃口强度降低,并影响切屑的流向和折断情况。针对前刀面磨损机理进行分析并构建了月牙洼磨损深度预测模型。首先运用解析方法构建了前刀面应力场模型,得到切屑在前刀面滑动过程中的刀具前刀面应力分布情况及磨损位置。基于刀-屑接触关系的基础上建立了前刀面温度场模型。然后,基于所得刀具前刀面应力与温度分布,构建综合考虑磨粒磨损、粘结磨损与扩散磨损的铣刀月牙洼磨损深度预测模型,获得月牙洼磨损预测曲线;结合铣刀月牙洼磨损带沿切削刃方向分布的特点,建立了随时间变化的铣刀前刀面磨损体积预测模型。最后通过试验验证了切削宽度对前刀面磨损的影响规律,预测结果与试验测量值具有较好的吻合性。结果表明随着切削宽度的增加,月牙洼磨损深度及前刀面磨损体积都随之增加。研究结果为钛合金铣削用刀具的设计和切削参数的合理选择提供了理论基础。     

高速铣削AF1410高强度钢的实验研究

高强度钢具有优异的机械性能和广阔的应用,但切削加工较为困难,存在加工效率低,加工表面质量差等问题。以AF1410高强度钢为研究对象,应用高速铣削的加工方法,使用涂层硬质合金刀片,对AF1410高强度钢进行了高速铣削实验,研究分析了在高速切削条件下刀具磨损、切削力、切削温度以及已加工表面粗糙度的变化规律。研究发现以TiCN和Al₂O₃组合的CVD涂层刀具可以适应AF1410高强度钢的长时间高速稳定切削,刀具磨损形态主要为后刀面的正常磨损;切削过程中径向力F_r最大、轴向力F_z次之、切向力F_t最小,随着切削长度的增加,径向力F_r与轴向力F_z的增幅较大,切向力F_t变化较小;切削长度增加,刀具刚切出的切屑温度逐渐上升,而工件已加工表面温度的增幅较小;已加工表面粗糙度随切削长度增加波动较小。     

Experimental Study on Cutting Forces and Surface Integrity in High-Speed Side Milling of Ti-6Al-4V Titanium Alloy

This article is concerned with the cutting forces and surface integrity in high-speed side milling of Ti-6Al-4V titanium alloy. The experiments were conducted with coated carbide cutting tools under dry cutting conditions. The effects of cutting parameters on the cutting forces, tool wear and surface integrity (including surface roughness, microhardness and microstructure beneath the machined surface) were investigated. The velocity effects are focused on in the present study. The experimental results show that the cutting forces in three directions increase with cutting speed, feed per tooth and depth of cut (DoC). The widths of flank wear VB increases rapidly with the increasing cutting speed. The surface roughness initially decreases and presents a minimum value at the cutting speed 200 m/min, and then increases with the cutting speed. The microstructure beneath the machined surfaces had minimal or no obvious plastic deformation under the present milling conditions. Work hardening leads to an increment in micro-hardness on the top surface. Furthermore, the hardness of machined surface decreases with the increase of cutting speed and feed per tooth due to thermal softening effects. The results indicated that the cutting speed 200 m/min could be considered as a critical value at which both relatively low cutting forces and improved surface quality can be obtained.     

钛合金TC11车削中已加工表面质量试验研究

为了研究车削钛合金TC11时切削速度和刀具磨损对已加工表面质量的影响,选用涂层硬质合金刀片CNMG120408在不同切削条件下进行车削试验,分析后刀面磨损量随切削时间的变化规律;对比磨损刀具与新刀具切削的工件表面,观察表面粗糙度、表面形貌、显微硬度以及表层微观组织情况,分析切削速度和刀具磨损对已加工表面质量的影响规律。试验结果表明:在刀具磨损初期,即新刀具切削时,切削速度从60m/min增加到100m/min,刀具磨损程度增大,表面粗糙度值降低,硬化层深度减小,加工硬化程度略微增大,表面塑性变形层深度减小;在刀具磨损终期,不同切削速度下的表面粗糙度增大,表面形貌变差,硬化层深度和加工硬化程度增加,表面变形程度增大,塑性变形层深度增加。     

基于铣削力精确建模的工件表面让刀误差预测分析

航空航天制造业结构件的高速铣削加工中,在切削力作用下由整体铣削刀具挠度变形所引起的工件表面让刀误差,严重制约零件的加工精度和效率。针对这一问题,通过建立铣削力精确预测模型,结合刀具刚度特点,对工件让刀误差进行预测分析。将切削速度和刀具前角对切削力的影响规律引入二维直角单位切削力预测模型,并通过试验进行相关系数标定。借助等效前角将直角切削力预测系数应用到斜角切削力的预测,通过矢量叠加构建整体刀具三维切削力模型。分析刀具挠度变形对铣削层厚度及铣削接触中心角范围影响规律。基于离散化的刀具模型和切削力模型,建立铣削载荷条件下刀具等效直径悬臂梁模型弯曲变形计算方法。构建以刀具变形对铣削过程影响作用规律为反馈的刚性工件表面让刀误差及切削力柔性预测模型,通过整体铣刀铣削试验验证所建立理论模型的预测精度。     

氧化锆生物陶瓷铣削的刀具磨损

为了研究完全烧结氧化锆陶瓷铣削过程中金刚石刀具的磨损及其对切削过程的影响,进行了氧化锆铣削实验。分析了刀具磨损带的扩展过程以及切削力随刀具磨损过程的变化规律。通过观测切削表面微观形貌随刀具磨损过程的演变,对刀具磨损与切削模式之间的关系进行了探讨,最后揭示了刀具磨损机理。研究结果表明：铣削氧化锆陶瓷时刀具磨损随切削过程从刃口扩展到后刀面,同时切削模式从延脆混合去除转变为完全脆性去除,刀具磨损模式是崩刃、剥落及石墨化磨损。     

黛杰在中国

<正>经过十余年的努力,黛杰产品在中国市场的知名度和销售量取得了傲人的成绩。日本黛杰工业株式会社于1938年成立,作为从原料粉末到成品产出一贯制专业硬质合金厂家,产品性能和品牌知名度一直深受广大用户的拥戴。从2002年开始,黛杰在中国上海设立代表处,专门针对中国客户提供售后服务。继2006年设立广东事务所后,2009、2010、2013年又分别在大连、武汉、成都设立联络处。此外,黛杰汉金(沧州)精密模具有限公司于2013年10月在河北省黄骅市正式运营投产。     

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。