一种快速有效的薄壁件加工表面误差预测算法

 在切削力作用下，刀具/工件的变形是影响薄壁弱刚度件加工精度与质量的关键因素，快速有效地进行表面误差的预测是实现工艺参数优化及在线刀具路径补偿的前提。针对立铣加工过程，提出了一种考虑刀具/工件变形位置的快速柔性迭代算法，基于此建立了薄壁件加工变形预测的有限元计算模型，并通过等效集中力作用位置的确定、模型分割及最小化网格重划方法进一步提高了模型的计算速度。通过刀具/工件的瞬时接触区域的限定算法、实际切深的修正算法、材料去除效应的模拟等关键技术更提高了模型的计算精度。以典型航空铝合金材料为对象，合理安排试验，并通过数值计算结果和试验数据的对比，表明该方法计算精度高，计算速度较文献方法提高了近2倍。     

基于双三次B样条插值的薄壁件加工误差补偿方法

以薄壁件加工过程为研究对象,针对薄壁件加工的误差预测、补偿问题,提出一种基于双三次B样条插值的薄壁件加工误差补偿方法.在获得薄壁件历史加工数据的基础上,运用插值理论建立误差模型,得到误差分布规律,考虑切削力与弹性变形之间的迭代影响建立误差补偿方法.该方法综合考虑了弹性变形、热误差、几何误差等多种误差源,通过数值分析方法建立误差模型,避免以往薄壁件误差建模中误差源分析不全、解析困难的弊端,最终以薄板工件为例,通过实验验证,应用该误差补偿方法可有效提高薄壁件的加工精度.     

薄壁件周铣过程中材料去除效应的快速仿真

 针对薄壁件铣削过程加工误差预测,建立了一种快速有效的材料去除仿真模型,即利用工件的原始有限元网格模型,直接使用径向切削量的名义值进行材料去除效应模拟,将被切除网格单元的单元刚度按被切除体积与该单元初始体积的百分率等效修正。该模型既无需进行工件网格重划,又可以很好地保证仿真精度,极大地简化了处理流程,提高了计算效率。应用实例的计算结果和试验结果比较,表明了该模型的有效性和实用性。     

薄壁件铣削过程加工变形研究进展

机床加工性能和刀具切削性能的发展使得薄壁件的高效率和高精密加工成为可能，也使得薄壁件在航空航天领域得到更广泛应用。薄壁零件结构复杂、刚度低，在铣削过程中易发生变形，因此精准预测与控制薄壁件的加工变形是机加工领域亟需解决的工艺难题。通过对薄壁件分类以及加工工艺分析，归纳总结引起薄壁件加工变形的因素，对加工变形影响最为关键的铣削力计算模型进行简述；结合国内外薄壁件变形预测与控制方法的研究，以弹塑性和数值模拟方法对薄壁件加工变形进行预测，通过加工工艺优化、辅助支撑技术、高速切削技术和数控补偿技术等方法对薄壁件加工过程的变形量进行控制；基于数据驱动数字孪生体的更新迭代，实现薄壁件实际加工过程的孪生及薄壁件变形预测与控制，构建了以数字孪生为平台的薄壁件加工变形预测与控制理论框架；最后对数字孪生在薄壁件加工变形预测及控制的发展与应用提出展望。     

基于经验公式的铣削加工切削力建模研究现状与展望

铣削加工技术是加工航空航天中薄壁件及复杂曲面零件的关键技术之一,可以实现复杂曲面零件高精度、高质量及高效率成形。作为铣削加工的重要现象之一,切削力直接影响刀具的磨损、变形,以及工件的加工效率和质量,为了能够更好地利用切削技术,有必要对切削力的预测进行回顾分析研究。作为铣削力预测技术的关键手段,基于经验的铣削力模型被广泛应用。因此,本研究总结分析了当前关于基于经验的切削力预测技术,综述了切削力系数、未变形切屑厚度、刀具跳动和变形对切削力的影响规律,以期对切削加工质量提供有益参考,最后对该领域未来研究的方向进行了思考。     

基于力学分析的铍材车削切削力模型研究

铍材作为一种典型难加工材料,其加工方式主要为车削,但铍材较硬较脆,经常会出现局部断裂以及锐边崩边的缺陷;切削力作为影响刀具磨损以及加工质量的重要因素,预测车削铍材的切削力对选取切削参数具有十分重要的意义。本文基于力学分析的半经验预测公式建立了一种基于热力耦合的铍材车削切削力预测模型,并进行了试验验证。结果发现,模型预测值与试验值数值拟合良好,整体误差为10.79%,误差范围为2.96%～20.53%。研究分析了不同切削参数下刀具磨损以及表面粗糙度的变化机理,为铍材车削加工提供一定的理论参考。     

薄壁件加工变形主动补偿方法

研究薄壁件加工过程中受力变形产生的回弹误差控制,提出了分层完全补偿和优化补偿两种加工路径补偿方法,建立了加工路径补偿优化模型,考虑了多次走刀间加工变形和切削力的耦合作用,并应用迭代算法求解路径补偿优化模型。以航空薄壁件单刃端铣加工为例,对完全补偿、分层完全补偿和优化补偿进行了仿真分析和试验分析。结果表明,分层完全补偿和优化补偿能更好地减少加工误差,为薄壁件受力变形控制提供了参考依据。     

基于在机测量的薄壁件加工综合误差建模与补偿

薄壁零件因其优异的机械性能–重量比而广泛应用于航空航天等领域.但由于刚度低,薄壁件加工时受切削力与夹紧力的影响易产生变形,从而导致较大的加工误差.采用预测力致误差的解析解和有限元等方法难以应对复杂的加工工况.为解决这一难题,提出了一种综合误差补偿方法,可预测并补偿3大主要误差源:几何误差、热误差和力致误差.首先,对机床...     

石蜡辅助加固钛合金薄壁件加工质量分析

建立了钛合金-石蜡系统静力学模型,从静力学角度研究钛合金薄壁框类零件在瞬态切削力作用下工件的受力特点和变形情况;设计石蜡填充钛合金框类薄壁件铣削试验,对试验过程中的振动加速度信号和已加工表面质量进行分析对比,并研究石蜡辅助加固对钛合金薄壁件加工性能改善的作用机理.研究表明:采用石蜡辅助加固能可显著降低钛合金薄壁件加工让刀变形,提高切削加工稳定性,改善加工表面质量.     

航空薄壁零件加工变形的有限元分析

介绍了有限元法在薄壁件铣削加工中的应用,并运用ANSYS5.4有限元分析软件对典型薄壁框体零件的加工变形进行了分析计算,结果与实际加工情况相符,由此提出一种数控补偿方法来降低让刀误差,从而控制薄壁件的加工精度.     

基于APDL的薄壁件加工变形补偿方法

对如何减小薄壁零件在加工过程中由于弹性变形造成的误差进行了研究,在建立铣削力模型获得各切深下工件所受铣削力数值的基础上,提出了一种基于APDL变形预测的补偿方法。实验证明与直接补偿方法相比,该方法能够较好的解决薄壁件在加工过程中的"让刀"现象,减小加工误差。     

Vibration suppression of thin-walled workpiece machining considering external damping properties based on magnetorheological fluids flexible fixture

Milling of the thin-walled workpiece in the aerospace industry is a critical process due to the high flexibility of the workpiece. In this paper, a flexible fixture based on the magnetorheological(MR) fluids is designed to investigate the regenerative chatter suppression during the machining.Based on the analysis of typical structural components in the aerospace industry, a general complex thin-walled workpiece with fixture and damping constraint can be equivalent as a rectangular cantilever beam. On the basis of the equivalent models, natural frequency and mode shape function of the thin-walled workpiece is obtained according to the Euler–Bernoulli beam assumptions. Then,the displacement response function of the bending vibration of the beam is represented by the product of all the mode shape function and the generalized coordinate. Furthermore, a dynamic equation of the workpiece-fixture system considering the external damping factor is proposed using the Lagrangian method in terms of all the mode shape function and the generalized coordinate, and the response of system under the dynamic cutting force is calculated to evaluate the stability of the milling process under damping control. Finally, the feasibility and effectiveness of the proposed approach are validated by the impact hammer experiments and several machining tests.     

一种薄壁悬臂叶片数控加工非均匀余量刚度补偿方法

 在数控加工过程中,因受到切削力的影响,薄壁悬臂叶片容易出现弯曲、扭转变形等问题而导致被加工曲面误差较大。针对该问题,提出了一种非均匀余量刚度补偿方法,将非均匀余量偏置面作为粗加工/半精加工零件面以提高叶片精加工时的抗弯刚度。首先,分析了集中力载荷下截面厚度对薄壁工件变形的影响;然后,对叶片径向和截面线方向分别采用线性变化和正弦函数变化两种方法进行叶片曲面非均匀余量刚度补偿设计;最后,基于叶片原始截面线,采用放样法构造出叶片曲面的非均匀余量偏置面。试验结果表明,采用非均匀余量刚度补偿方法可以提高被加工叶片精加工时的刚度,加工出的叶片满足了设计误差要求。     

CFRP三维铣削仿真模型的建立及层间损伤分析

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有层间结合强度低、各向异性等特点,切削过程中易产生层间损伤。为了对CFRP铣削加工过程中的层间应力、层间损伤进行研究,建立了复合材料三维铣削仿真模型。该模型在结构上采用等效均质建模,层内单元利用VUMAT子程序建立了三维Hashin起始失效准则以及损伤演化过程模型,层间采用Cohesive单元连接以模拟层间损伤的产生及扩展。通过与实验切削力数值的比较,验证了仿真模型的准确性。利用该模型分析了切削力、层间应力及层间损伤随纤维方向角(0°、45°、90°、135°)的变化规律。结果表明:铣削过程加工损伤主要集中在近工件表面。铣削力、层间应力、层间损伤受纤维方向角的影响,纤维方向角为90°与135°时,轴向铣削力较大,层间应力与层间损伤均随纤维方向角的增加而增大,纤维方向角为135°时,层间应力最大,层间损伤最严重。     

超高强度钢立铣工件温度分析及对加工表面质量的影响

以航空难加工材料300M钢为研究对象,基于立铣加工中的工件温度判断在铣削加工中是否出现了金相组织转变,进而分析不同工况下影响加工表面质量的因素。首先,将移动热源法应用于铣削加工中,计算考虑后刀面磨损的立铣加工工件温度,实验表明,计算值与实验值相比误差在10%以内。然后,分析了工件温度在时间上与空间上的分布,以及不同刀具磨损和加工参数条件下工件表面的温升规律,据此预测加工表面是否出现了组织转变,并结合金相组织观察进一步确认。最后,依据加工表面质量物理层面残余应力和显微硬度的检测数据,初步探讨了各因素对表面质量的影响。结果表明,在研究的加工参数范围内,并未达到金相组织转变温度,表面质量主要受铣削热力作用下的剪切面塑性凸出效应、后刀面挤光效应和热效应的影响。     

铣削过程中误差预测与补偿技术研究进展

 研究铣削过程的机理,对于实现加工过程的精密化与高效化至关重要。介绍了国内外铣削仿真模拟的研究进展,阐述了数值计算方法以及有限元技术在铣削误差控制中的具体应用。对切削力建模方法、表面误差预测方法、材料去除建模方法以及误差补偿等关键技术进行了重点介绍,并对各关键技术所包括的核心思想、算法及仿真流程进行了详细讨论。最后对铣削过程误差控制技术的发展方向做出了展望。     

CFRP铣削有限元模型建立及切削力仿真分析

为探索碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)铣削加工过程中切削力与工艺参数之间的映射关系,建立CFRP铣削加工有限元仿真模型并对切削力进行分析。基于ABAQUS软件通过定义材料属性、材料失效模型、纤维铺层数和纤维方向建立了CFRP铣削加工二维有限元仿真模型,并对该模型进行了实验验证。基于该模型,分析了切削力与纤维方向角、铣削速度、每齿进给量和刀具前角等工艺参数之间的映射关系。仿真结果表明:纤维方向角从0°增大到90°,切削力呈现降低趋势,而纤维方向角从90°增大到180°,切削力呈现增大趋势。随着切削速度和每齿进给量的增大,切削力随之增大,而随着刀具前角增大,切削力随之减小。     

Cutting force prediction for circular end milling process

A deduced cutting force prediction model for circular end milling process is presented in this paper. Traditional researches on cutting force model usually focus on linear milling process which does not meet other cutting conditions, especially for circular milling process. This paper presents an improved cutting force model for circular end milling process based on the typical linear milling force model. The curvature effects of tool path on chip thickness as well as entry and exit angles are analyzed, and the cutting force model of linear milling process is then corrected to fit circular end milling processes. Instantaneous cutting forces during circular end milling process are predicted according to the proposed model. The deduced cutting force model can be used for both linear and circular end milling processes. Finally, circular end milling experiments with constant and variable radial depth were carried out to verify the availability of the proposed method. Experiment results show that measured results and simulated results corresponds well with each other.     

Analysis of grinding mechanics and improved grinding force model based on randomized grain geometric characteristics

Too high grinding force will lead to a large increase in specific grinding energy, resulting in high temperature in grinding zone, especially for the aerospace difficult cutting metal materials,seriously affecting the surface quality and accuracy. At present, the theoretical models of grinding force are mostly based on the assumption of uniform or simplified morphological characteristics of grains, which is inconsistent with the actual grains. Especially for non-engineering grinding wheel,most g...