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。     

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。     

周铣过程中加工误差预测新模型

研究铣削加工过程中加工误差的预测及控制策略是进行加工质量控制的核心环节,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。针对刀具柔性较大的铣削加工过程,以周铣加工过程中的刀具变形及刀齿轨迹计算为基础,建立一种新的加工误差预测模型。该模型从铣削力的预测和刀具变形的计算出发,采用圆弧近似方法求解各刀齿的运动轨迹,然后将各刀齿轨迹离散,通过计算各离散点处所有刀齿轨迹的最小值获得加工误差。与现有方法相比,该建模方法的显著优点体现在两点:一方面,建模过程较完整地揭示了铣削加工中加工误差的形成机理;另一方面,由于考虑了刀齿轨迹对加工误差的影响,模型的预测结果能够反映已加工表面的形貌。模型的有效性通过一系列铣削试验得到了验证。     

球头铣刀多轴铣削加工的切削刃微元点轨迹模型

切削刃微元点轨迹是描述瞬时未变形切削厚度的基础,瞬时未变形切削厚度是铣削力预测的关键.为此,针对球头铣刀多轴铣削加工过程,建立利用位置矢量来准确描述切削刃微元点的轨迹模型.首先,通过建立工件和刀具瞬时坐标系的空间变换模型来描述刀具的位置和位姿;然后,在此基础上结合球头铣刀切削刃的几何特点建立切削刃微元点的空间位置矢量,并进一步推导描述切削刃微元点轨迹的矢量形式;最后,利用C++编程语言和OpenGL图形接口实现切削刃微元点轨迹仿真,并通过对比分析仿真结果与跟踪球头铣刀1∶1三维模型上标记点的位置数据,验证了切削刃微元点轨迹模型的正确性.     

考虑犁切力的微铣削颤振稳定域建模与分析

以微结构铣削加工为研究对象,建立了微观尺度下考虑犁切效应的铣削动态铣削力模型和颤振稳定域解析模型。在微铣削加工实验的基础上,对应于刀齿的每一个瞬时转角,对微铣削颤振稳定域进行了时域求解,进而研究了犁切-剪切机制对微铣削颤振稳定域的影响。实验结果表明犁切效应对微细铣削过程的加工不稳定现象没有显著的影响。     

微细切削中侧刃的切削影响研究

尺度效应是微切削工艺中的一种特殊现象,通常用最小未变形切屑厚度来判定尺度效应发生的临界点。为了更好地理解微细铣削的切削机理,对铣刀钝圆半径与尺度效应之间的关系进行深入研究是有必要的。由于在铣削加工过程中,刀具大多数为径向进给,侧刃为主要切削刃,因此这里对仅有侧刃参与切削的情况进行了仿真与试验研究。通过对仿真中切屑形貌与试验中表面粗糙度的分析,分别确定了仿真与试验的最小未变形切屑厚度值。仿真与试验结果表明,微细铣削的两种工艺方式对最小未变形切屑厚度的影响有限,最小未变形切屑厚度为（0.28～0.40）倍的铣刀钝圆半径。同时,工件的材料属性对刀具侧刃的最小未变形切屑厚度有一定的影响。本研究可以用于指导微细铣削加工中对于不同刀具钝圆半径及工件材料加工参数的选择和量化,提高工件加工质量具有重要参考价值。     

组合成形铣刀(西德专利)

为了改善鏟齿成形铣刀的切屑形成过程以提高成形铣削的生产率和经济性,将刀齿的前面刃磨成不同的角度,只有当刀齿的前角值与铣削的走刀量成一定的比例     

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.     

铝合金高速铣削机理三维仿真建模与分析

为了研究铝合金7050-T7451高速铣削机理,建立了能反应实际铣削状态的斜角切削有限元模型.该模型采用双刃螺旋立铣刀进行模拟,模拟过程考虑刀具的进给运动和旋转运动,工件材料模型通过高温拉伸实验与高速压缩实验得到,刀-屑接触摩擦采用可自动识别滑动摩擦区和粘结摩擦区的修正库仑定律,切削温度模型等效为窄带热源.采用建立的有限元仿真模型模拟了铣削过程中的切屑成形状态,分析了应力、应变和温度分布情况以及铣削力值.研究结果表明,铝合金高速铣削加工形成连续带状切屑,最大应力发生在第一变形区,切屑形成时应变最大,最高温度出现在刀、屑接触部位,模拟得到的铣削力可以接受.     

绿色切削高强度钢的刀具磨损及切屑形态

分析了微量润滑切削时润滑剂的渗透机理及润滑作用对铣削力的影响。使用传统切削、干式切削及微量润滑三种方式铣削高强度钢(PCrNi3Mo),对比切削性能并探讨微量润滑技术对刀具磨损及切屑形貌的影响。对微量润滑加工过程中切削参数(铣削速度、每齿进给量、铣削深度及润滑剂使用量)对刀具磨损的影响进行研究,利用响应曲面法建立了刀具后刀面磨损模型以确定铣削高强度钢(PCrNi3Mo)时润滑剂的最佳使用量,并利用试验验证。结果表明,微量润滑可有效抑制刀具磨损进程;建立的刀具后刀面磨损模型与试验结果误差较小,具有较高实用价值,微量润滑铣削材料PCrNi3Mo时,润滑剂的最佳使用值约为185mL/h;通过改善切削区的摩擦情况,微量润滑可降低切削区域温度并有效控制切屑形貌。     

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。     

铣削加工每齿进给量的决定因素研究及验证

研究了面铣刀的主偏角对切屑厚度和每齿进给量的影响,铣削中每齿进给量的决定因素,切削宽度与刀具直径的比值对切屑厚度的影响等问题进行理论分析,同时结合变速箱壳体铣削加工过程进行验证,解决了合理选择铣刀及切削参数以提升加工效率的问题。     

螺纹铣削切削力有限元分析及试验

为了研究螺纹铣削法加工钛合金螺纹时切削力随切削参数的变化规律,通过对材料本构关系、刀—屑接触及切屑分离准则进行分析,建立了能反映刀具自转、公转及轴向进给运动的三维螺纹铣削模型。利用该模型对每齿进给量和切削速度对切削力的影响进行分析,结果表明:切削力随每齿进给量的增大而增大,随切削速度增加而减小,且每齿进给量对切削力的影响较为显著。通过螺纹铣削试验对所建立的三维铣削模型进行验证,表明所建立模型的误差最大为14%,可满足实际加工需要。     

CVD金刚石刀具的微细铣削仿真及试验研究

为研究切削参数对CVD金刚石微铣刀切削性能的影响,运用扩展有限元法对CVD金刚石微刀具的铣削加工和刀具损伤应力进行仿真模拟,研究了铣削加工后工件的表面粗糙度随切削参数的变化规律,分析了切削参数对微铣刀失效的影响,并通过试验验证了仿真结果的正确性。研究结果表明:在CVD金刚石微铣刀加工TC4钛合金时,铣削深度和每齿进给量的增加不利于工件加工质量的改善;铣削速度增加对工件加工表面粗糙度影响较小;铣削深度是影响刀具失效的主要因素,铣削速度和每齿进给量是影响刀具失效的次要因素。     

微细铣削应力场和温度场的有限元模拟

采用有限元方法对微细铣削过程进行模拟,采用Johnson-Cook热力耦合模型作为工件材料模型,采用Johnson-Cook的剪切失效法则作为工件材料的失效准则,采用热力耦合平面应变杂交单元并使用自适应网格技术进行网格划分,刀具与工件间的摩擦采用滑动摩擦区和粘着摩擦区相结合的修正库仑定律.通过有限元分析,得到不同切削速度和刀具切削刃钝圆半径条件下形成切屑时的刀具旋转角度、不同每齿进给量条件下的应力场和温度场.分析结果为微细铣削机理的进一步研究奠定基础.     

不铲磨硬质合金成形铣刀

工件成形表面的铣削加工一般由成形铣刀铣削而成。而目前市场上供应的刀具均为标准铣刀,专用成形铣刀需专门设计制造。制造这种成形铣刀一般采用高速钢材质,齿形经铲齿车床铲制成前刀面齿形及刀齿后角,再经淬火处理后形成切削能力。对精度要求高的成形铣刀,淬火后还需对齿形进行铲磨,以提高刀具切削性能。制造这种刀具必须用     

钛合金介观尺度铣削表面粗糙度特征分析及工艺优化EI北大核心CSCD

为提高钛合金介观尺度铣削加工表面质量,以主轴转速、每齿进给量、轴向切削深度为主要研究因素,对介观尺度铣削表面粗糙度特征进行了分析,优化了工艺参数。考虑到介观尺度铣削加工的间断性切屑形成和单齿切削现象,分析了刀具转角与切削厚度及累计弹塑性变形次数的对应关系。在此基础上,设计了正交实验,将铣削表面划分为逆铣区域、中间区域和顺铣区域,通过方差分析确认每齿进给量是介观尺度铣削表面粗糙度最重要的影响因素。采用田口方法分别对局部区域加工工艺参数进行优化。实验结果表明,相对于中间区域,逆铣区域和顺铣区域弹塑性变形更频繁,表面粗糙度更高,以逆铣区域或顺铣区域表面粗糙度为优化目标时的优化效果更好。     

钛合金介观尺度铣削表面粗糙度特征分析及工艺优化

为提高钛合金介观尺度铣削加工表面质量,以主轴转速、每齿进给量、轴向切削深度为主要研究因素,对介观尺度铣削表面粗糙度特征进行了分析,优化了工艺参数。考虑到介观尺度铣削加工的间断性切屑形成和单齿切削现象,分析了刀具转角与切削厚度及累计弹塑性变形次数的对应关系。在此基础上,设计了正交实验,将铣削表面划分为逆铣区域、中间区域和顺铣区域,通过方差分析确认每齿进给量是介观尺度铣削表面粗糙度最重要的影响因素。采用田口方法分别对局部区域加工工艺参数进行优化。实验结果表明,相对于中间区域,逆铣区域和顺铣区域弹塑性变形更频繁,表面粗糙度更高,以逆铣区域或顺铣区域表面粗糙度为优化目标时的优化效果更好。     

SiC_p/Al复合材料高速铣削加工表面质量及切屑形成机制

使用聚晶金刚石(PCD)刀具,对碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)进行高速铣削加工,研究了加工表面质量及切屑的形成机制。结果表明:刀具进给波纹、工件材料塑性侧流、刀具-工件相对振动和增强颗粒去除过程留下的孔洞、微裂纹、基体撕裂等是SiCp/Al复合材料高速铣削加工表面的主要形成机制;增大切削速度、使用冷却液、降低增强颗粒体积分数、减小增强颗粒尺寸均有助于提高加工表面质量;切屑形态为不均匀锯齿状,增强颗粒体积分数、热处理状态等对切屑形成有显著影响,绝热剪切、孔洞/微裂纹动态形成和扩展是切屑的主要形成机制。     

变截面涡旋齿组合型线的径向铣削厚度分析

变截面涡旋齿是新型涡旋压缩机的核心部件,其加工精度决定了压缩机的工作性能。该涡旋齿型线由曲率时刻变化的复杂曲线组合而成,齿型线轮廓度、表面粗糙度等加工精度要求很高。在涡旋齿铣削加工中,给定的径向铣削厚度随型线的曲率变化而变化,若参数选择不好,会使铣削状态恶化,加剧刀具磨损,影响加工精度和效率。文章以三段基圆渐开线组合齿型线为研究对象,分析涡旋齿型线的曲率半径并对型线的刀位轨迹进行处理,建立铣削涡旋齿型线壁面的径向铣削厚度模型。揭示了径向铣削厚度随刀位轨迹的变化规律,为建立变截面涡旋齿型线铣削力模型奠定了理论基础,为控制涡旋齿加工变形,提高加工精度提供了有效途径。