高速铣削系统稳定性动态优化新方法

考虑铣削过程中的自激振动和强迫振动,基于延迟微分方程的稳定性判定准则和强迫振动共振区的半带宽理论,提出一种铣削系统稳定性动态优化新方法.该方法通过选择切削参数和修改系统结构参数,在保证加工表面精度的前提下,获得大的稳定性材料去除率.其目标函数是材料去除率,约束条件是铣削过程稳定且非共振,动态优化变量是铣削系统的切削参数和结构参数.优化程序被阐明,实例分析结果显示,系统在稳定非共振条件下,加工时的材料去除率相比于优化前提高了18.86%.另外,为获得最大的稳定材料去除率和较好的表面精度,在铣削系统优化过程中,应同时考虑颤振稳定性和共振的影响.     

Invar36合金端面铣削力研究

为了研究Invar36端铣过程中切削参数对切削力的影响规律,进行了切削力的单因素实验。对比分析了Invar36与0Cr18Ni9的切削力,研究了切削过程中切削力信号的产生及特征,并对加工过程中的动态切削力进行了频谱分析。分析了切削速度、每齿进给量和轴向切深对切削力的影响规律,建立了切削参数与切削力之间的数学模型。结果表明:刀具坐标系内的径向分力Fr表征了工件对刀具后刀面的挤压作用,单个切削周期内的切向铣削力Ft的峰值超前径向铣削力Fr的峰值。回归模型中的相关系数表明,切削参数对切削力影响的显著性依次为轴向切深、每齿进给量、切削速度。随着轴向切削力的增大,试件表层的Invar36晶粒扭曲程度更加明显,晶粒扭曲深度也随之加深。     

速度型切削颤振的非线性分析

本文应用微分方程稳定性理论与极限环理论分析受非线性因素影响的速度型切削颤振问题,着重研究动态切削力中的非线性阻尼与机床结构特性中的非线性刚度对切削过程稳定性与颤振振幅稳定性的影响。结果表明,切削过程的稳定性取决于切削阻尼与机床结构阻尼,而与机床结构的刚度特性(线性或非线性)无关;非稳态的切削过程是否存在极限环,亦与机床结构的刚度特性无关,只取决于切削过程的阻尼特性,也就是说,满足一定条件的切削过程的非线性阻尼,亦是导致切削颤振振幅稳定性的原因。     

TC4合金径向超声振动铣削切削力特征分析

在设计的径向超声振动铣削实验平台上,对TC4合金径向超声振动铣削的切削力特征进行了研究。建立了径向超声振动铣刀刀尖运动轨迹数学模型,并通过仿真分析发现,在主轴转速一定的情况下,每齿进给量是影响刀刃和工件周期性分离的主要因素,随着进给量的增大,刀具与工件分离程度变小,直至不能分离。设计了以每齿进给量为变量的单因素切削实验,发现在满足刀刃和工件发生周期性分离的条件下,超声振动辅助铣削的切削力明显降低,且其高频波动也比普通铣削小。通过对切削力随进给量的变化规律研究发现,在刀屑分离的范围之内,随着进给量的增加,超声振动辅助铣削时的切削力增加相对缓慢。当进给量超过两倍振幅后,切削力增加比较明显。但与普通切削相比,超声振动时的切削力仍然有一定的降低。     

高温合金螺纹铣削力优化研究

针对高温合金材料的螺纹铣削加工,分析了切削厚度的表达方法,建立了相邻两次走刀形成的截面积的表达方法。在此基础上,研究了高温合金螺纹铣削过程中的铣削力和扭矩,结果表明:螺纹铣削时,铣削力及扭矩与截面积呈正相关。提出了通过使螺纹粗精加工过程中每次走刀的截面积相等,进而优化高温合金螺纹铣削径向切深的加工策略。该策略可有效控制切削力值和扭矩值,这不仅有利于提高刀具寿命和加工精度,亦为制定难加工材料螺纹铣削工艺提供了依据。     

TiN涂层刀具高速铣削铝衬PCB的刀具磨损规律

采用单因素实验比较了不同切削条件下,高速铣削铝衬PCB的TiN涂层立铣刀后刀面磨损VB值的变化。研究冷却方式、主轴转速、每齿进给量对刀具磨损的影响规律。在金相显微镜下观察刀具磨损形貌和分布,发现前刀面上有大量粘结物,并极易产生积屑瘤;而切削路程超过2 000mm时,加工表面质量严重下降,铜箔翻边。     

数控机床切削颤振抑制方法研究

研究了通过调节数控机床伺服参数，控制极限切削宽度来抑制切削颤振的新方法。文中建立了包括机械系统、伺服系统及切削颤振环节的数控机床切削系统模型。该模型全面反映了各环节间的相互影响。通过仿真分析了切削系统的稳定性，并通过实验描绘了极限切削宽度与伺服系统参数的关系曲线，为数控强力切削过程中抑制颤振提供了可靠依据。仿真和实验结果表明，数控机床伺服参数与极限切削宽度具有映射关系，文中所述方法实用、可靠。     

立铣空间力学模型分析研究

航空产品大量使用薄壁结构零件，但薄壁零件在加工中由于受力变形易产生让刀现象，造成零件尺寸精度难以保证，为研究其变形机理，建立准确的切削力学模型十分关键。本文在已有文献的基础上，建立了螺旋立铣刀切削的力学模型，并对铣削力的空间分布状态进行了必要的讨论，为进一步研究薄壁零件加工变形奠定了理论基础。     

高速铣削速度对TC4钛合金表面完整性影响机理

通过TC4钛合金的高速铣削加工实验,研究了铣削速度对钛合金已加工表面完整性的影响规律.利用专业金属切削加工有限元软件AdvantEdge,对TC4钛合金高速铣削过程进行了二雏模拟仿真.获得了在不同铣削速度下的温度场分布以及铣削速度对刀具前后刀面切削温度的影响规律.基于仿真结果,分析了TC4钛合金高速铣削速度对表面完整性的影响机理.结果表明:切削区最高温度位于刀一屑接触面上,距离刀尖0.01～0.02 mm的位置.铣削速度对切削温度影响显著.切削温度整体上随铣削速度增加而升高,但当铣削速度为301 m/min时,切削温度有所下降.     

大切深数控电解铣削加工阴极设计及试验研究

难加工材料整体叶轮广泛应用于航空领域,采用传统切削加工存在刀具磨损快、加工效率低等问题。本文针对某型号复杂整体叶轮,提出大切深五轴数控电解铣削预加工方法。通过设计锥形螺旋刃阴极,分析不同旋转角下单、双螺旋刃出口流场分布,得到旋转角720°的单螺旋刃阴极出口压力和流速分布均匀。同时开展大切深数控电解铣削加工试验,结果表明:在选取的工艺参数范围内,加工平衡间隙和进给速度随着加工电压升高而增大;较低的电解液温度有利于实现小间隙加工,可显著提高加工精度;主轴转速达到1 500 r/min后对加工速度影响较小。得到大切深数控电解铣削整体叶轮加工叶片,一次最大切深可达65 mm,余量误差控制在0.5 mm范围之内,提高了整体叶轮加工效率。     

基于磨制精度的环形铣刀刃线几何模型

环形铣刀在精密铣削淬硬钢模具时，同球头铣刀相比具有较高的切削效率，和平头端铣刀相比具有较好的加工工艺性及已加工表面质量。为了精确磨制环形铣刀，通过对环形铣刀刃线进行理论分析,依据回转刀具的几何特征以及螺旋线的成形原理，推导出了环形铣刀等螺旋角的连续刃口曲线数学模型，所建立的刃线方程数学模型可精确表达周刃曲线与圆角曲线的几 何特征。结合所建立的刃线模型，采用Saacke五轴工具磨床对环形铣刀进行了磨制，刀具几 何参数检验结果表明磨制精度较高。     

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究

通过利用回归正交设计和单因素试验设计方案,进行了PCD刀具高速铣削钛合金TA15的切削力试验.对高速加工过程中的动态铣削力进行了频谱分析,分析了高频振动对切刺力波形的影响.然后利用单因素试验分析了工件坐标系中三向分力以及刀具坐标系中切向分力随切削用量的变化规律.通过回归正交设计,建立了PCD刀具高速铣削钦合金时切削用量与动态切削力之间的数学模型,并进行了方差分析,验证了模型的可靠度.分析结果为PCD刀具高速铣削钛合全的工艺参数优化及建立高速铣削数据库奠定了基础.     

薄壁零件高速铣削动态切削力

通过微元铣削力与瞬时未变形切屑厚度之间的线性关系,提出了螺旋圆柱铣刀的瞬时切削力模型.在此基础上,采用两自由度弹性-阻尼系统,建立了适合薄壁零件的综合考虑刀具子系统和工件子系统动态特性的动态铣削力模型.最后通过实际测量数据与模型计算数据的对比,验证了提出的动态铣削力模型的有效性.     

铣削淬硬模具钢SKD11铣削表面质量试验研究

为了对高效铣削淬硬模具钢SKD11的新型铣刀进行优选,对不同几何结构的铣刀加工得到的表面质量进行了分析.综合考虑了加工表面粗糙度、切屑微观形态、硬度及硬化层深度、残余应力分布和晶相组织结构变化等多方面因素,研究了不同铣刀的几何特性及其磨损特性对表面质量的影响.实验结果表明,前角5°,后角10°,刀尖圆弧半径为1 mm,铣刀螺旋角为45°的几何结构铣刀完成了表面完整性试验中.此外,在淬硬钢铣削加工中合理地选择加工参数可以获得0.4μm的表面粗糙度;采用合理的正前角可以抑制锯齿形切屑的产生.铣削淬硬模具钢能在加工表面产生残余压应力,通过增加铣刀后角和抑制后刀面磨损可以推迟加工表面软化现象的发生.     

车削刀具切入切出工件时的振动信号特征及其检测技术

准确判断刀具的切入和切出状态是自动化加工系统的迫切要求,而用加速度计来传感这种信息是一种有益的尝试。本文分析了切削振动信号在此过渡过程中的变化规律以及带通滤波器对信号传输过程的影响。根据状态变化时出现的两种信号特征,微机系统能够实现可靠的检测。     

Countermeasure Against Regenerative and Forced Chatter of Flexible Workpieces in Milling Processs Using Bi-directional Excitation

A novel extended methodology for chatter suppression in milling process by applying external forced vibrations to the workpiece in two orthogonal directions which are the feed and cross-feed directions.Both the regenerative and forced chatter suppression during the milling process of flexible workpieces are investigated.Here,the workpiece is subject to a sinusoidal periodic force in the feed direction to disrupt the regenerative effect.Additionally,to minimize the forced chatter,the workpiece is subject to the periodic excitation force in cross-feed direction.This force is proportional to the magnitude of the estimated cutting force in cross-feed direction and has a phase opposite to the cutting force to minimize the vibration amplitudes.The effectiveness of the proposed method is evaluated numerically and experimentally,for the spindle speed located in both the local minima and local maxima of the stability lobe diagram.The numerical simulations indicate significant suppression effect in terms of vibration amplitudes,resulting in suppression of both the regenerative chatter and the forced chatter.Experiments were conducted by using a workpiece-mounted active stage composed of flexure hinges and driven by piezoelectric actuators.The experimental results agree qualitatively with the numerical simulations.The proposed method indicates a remarkable vibration reduction effect for both regenerative and forced chatters.     

用于高硬度模具钢SKD11的铣刀几何角度优化及试验

在切削淬硬模具钢SKD11中,为开发和选用与生产条件相匹配的具备优化几何角度的高性能铣刀,对专用于高硬度模具钢SKD11铣刀的几何角度进行了优化及试验分析.设计了4类不同几何结构的TiAlN复合涂层铣刀.从切削力、切削振动、切削变形、铣刀耐用度以及铣刀磨损机理等方面对这4类铣刀高速铣削SKD11过程进行了研究,综合评价其铣削性能,确定了在常用的高速加工生产条件下的优化铣刀.所选择的优化槽形铣刀具的寿命比之其他刀具延长3倍,在切削力和切削振动方面,该刀具具有最稳定的表现,而且大小较其他刀具下降70%.     

自由曲面三轴粗加工刀具轨迹的计算方法

在复杂自由曲面类零件的加工过程中，粗加工往往要占去大部分的时间。本文从提高加工稳定性及加工效率的角度出发，提出了一个复杂多曲面数控粗加工的算法，即采用分层切削法，通过平面／曲在求交技术和交线环的等距，自交，集全等基本运算，按“端点 五最短距离优先剖面线算法”规划每一切削层的刀具轨迹。