数控渐进成形与数控铣削的残余高度对比分析

数控渐进成形与数控铣削既有共同之处也有不同之处。针对目前在数控渐进成形研究中都采用数控铣削模式的加工轨迹,并且对于残余高度的计算也都采用依据铣削加工模式计算方法的问题,通过对比分析数控渐进成形件与数控铣削件的表面残余高度,研究了数控铣削加工模式中残余高度计算方法在数控渐进成形中的可应用性,以及等残余高度轨迹在数控渐进成形中的实用性。研究结果表明,数控铣削加工中残余高度的计算方法和等残余高度轨迹在数控渐进成形中具有可应用性。     

基于单因素法对7A09铝合金铣削表面质量的研究

目的通过对工件表面粗糙度、表面形貌和残余应力的分析,探究铣削用量对7A09铝合金铣削表面质量的影响,从而为7A09铝合金铣削加工表面质量的控制提供一定的理论基础。方法基于KVC800-1型数控加工中心,采用单因素法对7A09铝合金进行平面铣削试验,试验变量为铣削速度、每齿进给量和铣削深度,以此便可得平面铣削中铣削用量对7A09铝合金已加工表面质量的影响规律。结果7A09铝合金的表面粗糙度随铣削速度的增大和每齿进给量的降低而得以改善,但铣削深度对表面粗糙度的影响则较小。由已加工面的二维轮廓图和三维表面形貌图可知,铣削加工后,工件表面出现明显的犁沟,且沿进给方向的波峰和波谷都在一定范围内起伏变化,呈现出明显的规律性。当铣削用量改变时,其残余应力曲线均呈"勺"形分布,且残余应力对铣削速度和每齿进给量的变化都较为敏感,而对铣削深度的敏感性则较低。结论通过分析铣削用量对7A09铝合金已加工表面质量的影响,得出vc=240m/min、fz=0.14mm/z、ap=0.15 mm时,工件可获得最佳表面质量。     

基于球头铣刀在斜面加工中的参数编程研究

斜面在数控加工中精度要求越来越高,但很多编程人员对球刀开始的下刀位置和逐层铣削的Z向增量直接凭经验选取,无法有效控制斜面的加工精度.因此在手工编程时必须通过建立数学模型,利用三角函数先推导出相关参数的表达式,准确计算初始刀位刀尖点的Z坐标值,再根据斜面表面粗糙度要求计算出等高加工时Z方向的增量值.文章以FANUC 0i系统为例,完成了斜面数控加工的参数编程,并通过实际生产验证,解决了斜面数控加工精度难保证的问题.     

钛合金铣削加工表面残余应力有限元仿真

为了分析铣削工艺参数对钛合金已加工表面残余应力的影响,根据金属切削有限元分析的相关理论,以钛合金Ti6Al4V为工件材料,建立了铣削加工的有限元模型。采用正交试验设计法对钛合金Ti6Al4V铣削仿真的工艺参数进行优化,并用极差法分析不同的铣削速度、铣削深度、铣削路径对钛合金Ti6Al4V工已加工表面残余应力的影响。研究表明:在钛合金Ti6Al4V铣削过程中,对工件已加工表面残余应力影响因素由小到大依次为:铣削深度<铣削路径<铣削速度,切削深度对已加工表面残余应力影响较小,铣削速度对已加工表面残余应力影响最大;在研究范围内,随着铣削速度的增大,已加工表面残余应力逐渐增加。     

基于残余波峰的二次铣削加工

为降低铣削加工中加工件的表面粗糙度,提出一种基于残余波峰的二次铣削加工轨迹生成方法。该方法根据一次铣削加工中的残余波峰位置,生成相应的波峰消除轨迹,来消除一次铣削加工中所产生的残余波峰,以降低铣削加工表面的粗糙度,提升表面质量。基于STL模型给出基于残余波峰的二次铣削轨迹生成方法,并采用此方法进行铣削实验。实验结果表明：二次铣削加工后的实验件表面粗糙度明显降低,波峰高度明显下降,验证了此方法的可行性。     

GH4169高速铣削加工残余应力分布规律试验

目的通过研究GH4169高速铣削过程中切削工艺参数对加工残余应力的影响规律,改进工艺参数的选取,提高此类零件的疲劳寿命。方法设计了GH4169高速铣削工艺参数与加工残余应力之间的单因素试验。通过仅改变一个切削参数、其余切削参数不变的方式,得到了工件表面残余应力和切削深度方向残余应力与切削参数之间的变化规律。结果铣削进给方向(x方向)和垂直进给方向(y方向)的表面残余应力主要表现为拉应力,且随着铣削深度和每齿进给量的增加而增加,随着铣削速度的增加而减小;在切削深度方向上,不同切深值所在平面的x方向和y方向的残余应力主要表现为压应力,随着层深的增加先增大后减小。残余应力峰值随铣削深度和每齿进给量的增大而增大,随铣削速度的增大而减小,残余应力最大深度基本在80μm以内。结论 GH4169高速铣削加工中,如果要获得较小的表面残余拉应力,应该选用较小的铣削深度和每齿进给量,较大的铣削速度;在切深方向,如果要获得较大的残余压应力,应该选用较大的铣削深度和每齿进给量,较小的铣削速度。反之亦然。     

切削加工对45钢表面组织特性的影响

通过改变45钢铣削加工参数和冷却条件,研究其表面完整性的变化规律.结果表明:改变冷却条件和铣削参数,其切削表面化学成分基本不发生变化;铣削加工时不使用切削液的表面显微硬度比使用切削液的较高;垂直于铣削加工面各点的显微硬度,随着距切削表面距离的增大而逐渐降低,且趋于平缓;铣削加工时的冷却条件和切削参数变化,使铣削加工表面均产生残余拉应力;铣削加工速度低、深度大,铣削表面的撕裂现象严重;铣削加工时,是否使用冷却液对造成的撕裂现象没有明显差别.     

微织构刀具超声铣削航空铝合金的研究

目的 为了提高7075航空铝合金的使用性能,将微织构刀具和纵扭复合超声铣削复合,形成一种微织构刀具超声复合铣削工艺.方法 通过微织构刀具铣削和微织构纵扭复合超声铣削两种加工方法,对7075-T6航空铝合金进行切削试验,分析主轴转速、每齿进给量以及铣削深度对工件表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表面织构形貌的影响.结果 在切削参数相同的情况下,微织构纵扭复合超声铣削工艺所获工件表面粗糙度数值相较于微织构刀具铣削工艺加工工件降低了4.7％～13.2％,显微硬度增加了1.13％～2.35％,工件表面残余应力变为压应力,最大数值稳定在–10.84 MPa,加工工件表面形成了较为统一、规整的"鱼鳞网纹"织构形貌.其中,加工工件表面粗糙度数值与主轴转速成负相关关系,而与铣削深度、每齿进给量成正相关.加工工件表面显微硬度和残余应力则是随着主轴转速和每齿进给量的增大而增大,而铣削深度对加工工件的显微硬度和残余应力的影响不显著.结论 相比微织构刀具铣削,微织构纵扭复合超声铣削能有效地改善加工工件表面的完整性.     

Al6061铣削精加工表层残余应力分布试验研究

目的探索铣削精加工工艺参数对Al6061工件表层残余应力的影响,提高零件的疲劳寿命。方法设计研究了只改变其中一个参数,其他参数不变的情况下,铣削精加工Al6061工件表层残余应力的分布情况。结果在平行于铣削进给方向(x direction)和垂直于铣削进给方向(y direction),所得表层残余应力均为压应力。随主轴转速的增大,所得工件表面残余压应力减小,残余应力最大值深度增加。当改变每齿进给时,随着每齿进给的增加,工件表面残余压应力减小,残余应力最大值出现在表面;随着铣削深度的增加,工件表面残余压应力减小,对残余应力最大值影响不大;随着铣削宽度的增加,工件表面残余压应力先减小后增大,残余应力最大值从表面向深度层移动。当主轴转速为10 000 r/min、每齿进给为0.015 mm、铣削深度为0.5 mm、铣削宽度为11.8 mm时,对表层残余应力的影响最大,影响层深约245μm,残余压应力最大值为147.67 MPa,其峰值深度约为80μm。结论 Al6061铣削精加工时,如果要获得较大的表面残余压应力,应该选择主轴转速、每齿进给、铣削深度、铣削宽度都较小。在切深方向,如果要获得较大残余压应力,应该选择较大的主轴转速和铣削宽度、较小的每齿进给、合适的铣削深度。     

铝合金5A06高速铣削加工表面残余应力研究

铣削速度和铣削深度显著影响铣削共形件的残余应力,为了获得航空共形薄壁结构件用5A06铝合金材料高速铣削过程中铣削参数对残余应力的影响,因此进行了基于Advantage的铝合金5A06高速铣削三维仿真研究。基于J-C本构方程模拟工件的应力应变关系,研究了铣削速度和铣削深度对表面残余应力的影响规律,为进一步有效控制共形件结构变形提供了新的研究方法,研究共形件表面残余应力的规律对于铣削加工参数的选取具有一定的参考价值。     

骨手术中皮质骨铣削力的有限元仿真研究

骨铣削是开颅手术和骨科手术中的必要步骤,铣削力过大会导致铣刀断裂、骨组织周围发生裂纹等问题,从而导致手术过程受到影响。使用ABAQUS仿真软件对四刃立铣刀铣削皮质骨进行有限元仿真并验证模型的正确性。基于仿真模型设计中心复合实验,通过响应面法得到铣削力的二次回归方程,探究铣刀转速、进给量和铣削深度对铣削力的影响。研究结果为骨科手术中合理设定铣削参数提供参考,二次回归方程作为预测模型也为手术中控制铣削力提供可能。     

微细铣削不锈钢310S表面完整性试验研究

目的揭示微细铣削下的切削深度ap、进给量f、切削速度v对不锈钢310S表面完整性的影响规律,为优化不锈钢310S的切削工艺提供参考。方法基于响应曲面方法,采用涂层硬质合金微直径铣刀,对不锈钢310S进行了铣削加工试验,对表面粗糙度、表面形貌和显微硬度的数据和信息进行采集并分析,进行多元非线性回归,建立了表面粗糙度Ra与切削参数之间的映射关系,对多元回归方程进行了显著性检验。结果得到切削参数ap、v、f显著度分别为0.099、0.620、0.011。基于曲面响应法的试验数据及数学模型,直观地绘制了ap、v、f对表面粗糙度Ra、表面形貌和显微硬度的影响规律图。结论在一定的切削加工参数范围内,进给量f对微细铣削不锈钢310S表面粗糙度Ra的影响最显著,其次是切削深度ap,切削速度v的影响最小。表面留有摆线状加工痕迹,顺铣侧的残留物分布多于逆铣侧。切削深度ap对310S试件表层显微硬度的影响最显著,其次是切削速度v。减小进给量f是降低不锈钢310S表面粗糙度的有效加工方法。     

An investigation of workpiece temperature variation of helical milling for carbon fiber reinforced plastics (CFRP)

Better prediction about the temperature distribution of workpiece has a great significance for improving performance of cutting process, especially relating to the workpiece of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). In this paper, a heat transfer model is developed to investigate the temperature distribution of CFRP workpiece in helical milling process. Depending on characteristics of helical milling, two kinds of heat sources have been presented, the geometrical shapes of which are modeled as semicircle arc and line. The complex trajectory of each heat source relative to the stable workpiece has been studied. Based on the analysis, unsteady state three-dimensional governing equation of heat transfer in CFRP workpiece with adiabatic boundary condition is proposed. The solution procedure of this nonhomogeneous heat transfer equation consists of two steps: it is transformed into homogeneous equation according to the heat transfer theory firstly; and then the homogeneous equation is solved using the separation of variables. Basing on the solution of the homogeneous equation, the temperature distribution resulting from the moving semicircle arc heat source and the line heat source has been studied detailedly. In order to calculate the heat generation in the helical milling process, a cutting force model is presented and the heat partition transferring into the CFRP workpiece is solved using the Conjugate Gradient Method. A series of tests of helical milling for CFRP are conducted, and the experiment results agree well with the results calculated by the predicted model. This model can be extended to optimize the cutting condition and restrain the thermal damage of the CFRP workpiece.     

Heat partitioning in dry milling of steel

A predictive model for heat induced shape deviations would facilitate the optimization of dry milling strategies. Results from milling experiments aiming at a physically based regression model for the heat flux distribution along the contact arc are presented. The contact arc was discretised by varying the width of cut on four levels for each combination of cutting speed, feed speed, and depth of cut. Heat fluxes to the workpiece were iteratively determined in an inverse procedure. Heat partitioning not only depends on the thermal number as in orthogonal cutting but also on the feed speed and the depth of cut.     

微细铣削铝合金6061表面毛刺研究

目的揭示微细铣削铝合金6061过程中,铣削工艺参数(切削深度a_p、每齿进给量f_z、切削速度v)、顺逆铣方式、刀具磨损对毛刺大小及形态的影响规律,为控制铝合金6061毛刺,提高表面质量,优化切削工艺提供参考。方法基于单因素试验方法,采用涂层硬质合金微直径铣刀,对铝合金6061进行了铣削加工试验,分别对切削参数单因素试验的逆铣、顺铣顶端毛刺大小数据以及刀具磨损、毛刺形态信息进行采集和分析。结果直观绘制了a_p、v、f_z对逆顺铣两侧顶端毛刺大小的影响规律图。单因素切削速度试验中,顺铣侧毛刺最大为323μm,逆铣侧最大为268μm;单因素每齿进给量试验中,顺铣侧毛刺最大为332μm,逆铣侧最大为331μm;单因素切深试验中顺铣侧毛刺最大为314μm,逆铣侧最大为264μm。结论逆铣比顺铣的顶端毛刺小,随切削深度增加,毛刺依次呈现长条须状、撕裂状、波浪形锯齿状。刀具磨损是造成切削过程不稳定的重要因素,同时也会造成毛刺形态和大小不稳定。为尽量减少毛刺,应采用锋利刀具和逆铣方式,控制切削深度,选择合适的切削速度和进给量。     

基于小波神经网络PID控制的主动夹具铣削颤振研究

为了抑制铣削过程中产生的颤振,提高铣削加工过程中零部件表面质量。设计了小波神经网络PID控制方法,并对控制效果进行仿真。采用时域数值法对动态铣削过程中离散时间进行求解,利用小波神经网络PID控制方法对铣削过程进行控制。通过仿真和实验对铣削金属表面粗糙度进行测量,并且与增量式PID控制系统进行比较和分析。结果显示,采用增量式PID控制方法,铣削力和铣削深度实际值与理论值存在较大误差;采用小波神经网络PID控制方法,铣削力和铣削深度实际值与理论值存在较小误差。采用小波神经网络PID控制方法,可以提高铣削参数控制精度,减少铣削过程中对颤振的影响,提高铣削零部件表面质量。     

磨辊辊齿等离子弧Ni-Cr共渗研究

运用高能等离子体弧束在常压下快速扫描均匀涂覆镍铬合金渗剂的磨辊辊齿表面,对辊齿进行多元共渗和自激冷淬火复合强化处理,并对辊齿表面硬化层组织结构和性能进行了研究.结果表明,合金元素扩渗层达40 μm,整个硬化层深度为200～270 μm;合金化层硬度约为729.5 HV,淬硬层硬度为815.2 HV.辊齿表层硬度提高,硬度梯度分布合理,且齿有较好的韧性,可有效提高辊齿的耐磨性,延长辊齿使用寿命.     

A pole/zero cancellation approach to reducing forced vibration in end milling

An analytical model for the forced vibration in an end milling process is derived and a criterion in selecting cutting parameters to reduce the forced vibration is presented in this paper. The analytic expression for the forced vibration due to the periodic milling force is obtained as the product of the Fourier transform of the milling force and the frequency response function of the structure dynamics. The pole/zero cancellation technique is then employed for reducing the forced vibration. Analysis shows that the suppression of forced vibration can be achieved by choosing cutting parameters so that one of the zeroes of the Fourier transform of the milling process function is near the pole of the structure dynamics. A design equation in terms of cutter geometry, axial depth of cut, spindle speed and structure resonant frequency is derived for the conditions when the forced vibration can be minimized. The presented analysis is illustrated through numerical simulation and verified by experimental results.     

基于变长度编码遗传算法的铣削深度分配优化

根据某企业车辊机架大轴向铣削深度的实际需求，在满足铣削总深度及加工精度要求下，为实现对轴向铣削深度分配方案的智能决策，建立了刀具失效累计率和铣削总时间为优化目标的分配数学模型。通过对轴向铣削深度分配进行可变长度编码，对遗传算子交叉、变异的重新改写，并采用加权方法处理优化结果。结果表明：与传统平均分配方式相比较，采用变长度编码的遗传算法所获得的目标值最高减少16.5%。该方法可提高企业生产效率，降低企业成本。     

大R圆弧的铣削

对于一些在镗床和刨床上加工较困难的大R圆弧面,在实际加工中,可用一段椭圆弧来近似取代圆弧,并用铣削的方式进行加工.