钛合金动态铣削力预测及其影响因素分析

建立动态铣削力模型,通过TC4-DT铣削试验确定铣削力系数,预测不同切削用量下钛合金瞬时铣削力,并分析了计算结果和影响因素,提出误差补偿方法,为钛合金薄壁件加工变形控制提供了理论基础。     

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。     

航空发动机薄壁件铣削加工动力学研究进展

铣削过程中引起的加工变形和切削振动是影响航空发动机薄壁件加工精度与质量的主要因素,通过分析加工过程中工件的动态响应特性,从切削动力学角度,基于知识型数控加工过程仿真成为航空发动机薄壁件颤振抑制的一种灵活通用的物理仿真方法。目前,关于航空发动机薄壁件的动力学物理仿真研究主要包括航空发动机薄壁件铣削力建模与试验方法研究、铣削动力学建模和铣削动力学模型仿真与工艺参数优化。     

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。     

钛合金薄壁件铣削过程有限元仿真分析

钛合金薄壁件铣削过程中,刀具角度对铣削过程中的工件变形、铣削力、铣削振动等影响显著。为减轻刀具磨损延长刀具寿命,通过ABAQUS软件建立钛合金Ti6Al4V薄壁件铣削过程仿真模型,以铣削力和铣削温度为评价指标,采用单因素和正交法分析了刀具前角、后角及螺旋角对铣削力和铣削温度的影响规律,并对铣削力仿真结果进行试验验证。仿真结果表明:前角增大,铣削力减小,铣削温度呈波动趋势变化;后角增大,铣削力减小,铣削温度先减小后增大;螺旋角增大,最大轴向力增大,最大切向力缓慢减小,最大径向力基本不变,铣削温度先减小后增大。通过正交试验和极差分析,明确不同因素对指标影响程度的主次顺序和因素的最优水平组合。     

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.     

2124铝合金曲边薄壁结构加工变形仿真分析

铝合金结构件在其铣削加工过程中,易发生加工变形和弹性让刀,为了实现铝合金曲边薄壁结构加工让刀变形的预测,提出一种铣削加工过程的仿真分析方法.通过不同参数组合的铣削试验获得切削力回归方程,为仿真试验切削力加载提供依据;利用Python语言对Abaqus软件进行二次开发,结合“单元生死”技术,针对曲边薄壁结构选取三种走刀方式进行铣削加工变形仿真分析;通过铣削试验,验证仿真分析方法的可靠性.结果表明:阶梯对称走刀方式变形量最小,单侧走刀方式变形量远大于另外两种对称走刀方式,随着侧壁高度的降低,差异逐渐减小,至工件底部三种走刀方式的变形量基本相同.     

考虑加工过程的复杂薄壁件加工综合误差补偿方法

在统计分析的理论基础上,首先将数控加工过程视作以参考模型为自变量,以加工结果为因变量的过程函数;然后将整个误差补偿过程分为3个典型的加工状态,分别构造各个状态的过程函数,并以材料去除量系数为桥梁,建立复杂薄壁件加工综合误差补偿数学模型;对数学模型进行泰勒展开,计算复杂薄壁件加工过程中的误差补偿量,重新构造误差补偿几何模型并生成新的加工程序,以减小复杂薄壁件的加工误差,提高加工质量。通过一组叶片加工对比试验,按照名义去除量进行加工的最大加工误差是0.094mm,而按照误差补偿量进行加工的最大加工误差是0.031mm,仅是前者的32.9%,说明了本文方法在提高加工精度方面的有效性。     

航空航天薄壁件铣削过程加工状态监测研究进展

对切削加工状态进行精准监测,是实现航空航天薄壁件加工变形控制的重要保障。围绕航空航天薄壁件铣削加工状态监测的最新研究进展进行了评述,详细介绍了建立加工状态监测模型的关键技术与方法,包括加工信息采集处理、特征提取和特征融合。归纳了学者们在薄壁件加工过程中对刀具磨破损、铣削颤振、铣削变形等具体状态监测的研究进展。基于数字孪生技术,构建了面向薄壁件铣削加工状态监测的优化系统。最后,根据现阶段本领域发展状况对薄壁件铣削加工状态监测进行了展望。     

航空结构件铣削变形及其控制研究进展

随着机床加工性能和刀具切削性能的提升,航空结构件的高效高精加工成为可能.航空结构件薄壁加工特征多,在铣削过程中易发生变形,因此预测与控制航空结构件的加工变形是切削加工领域内亟待解决的难题.通过总结了航空结构件的特点及加工难点,对加工变形形成机理进行深入分析;对加工变形影响最为关键的铣削力模型进行归纳;阐述了航空结构件残...     

Feedrate scheduling method for constant peak cutting force in five-axis flank milling process

It is extremely important to select appropriate feedrates for the stable machining of parts with ruled surface in modern aviation industrial applications. However, the current studies take too much time to achieve this goal. Therefore, this paper presents an efficient feedrate optimization method for constant peak cutting force in five-axis flank milling process. The solution method of the instantaneous undeformed chip thickness (IUCT) is proposed using least squares theory with the cutter entry angle and feedrate as variables. Based on this method, an explicit analytical expression of the peak cutting force for each cutting point is established. Furthermore, a feedrate scheduling method is developed to quickly solve the appropriate feedrate under constant peak cutting force. To verify the proposed IUCT model, the fitting IUCT is compared with the accuracy data at different feedrates. Additionally, some experiments of five-axis flank milling are conducted to demonstrate the effectiveness of the peak force model and the feedrate scheduling method. And the surface roughness before and after feedrate scheduling is detected. The results show that the proposed feedrate scheduling method can quickly adjust the feedrate and ensure constant peak force during machining. At the same time, the surface quality is kept at a high level.     

金属零件切削加工中刀具前角的合理选用原则

分析了金属零件切削加工中刀具前角大小对加工过程中切削力、刀具耐用度、切削温度等方面的影响,提出了合理前角的概念,给出了工作中合理选用前角的原则。     

Mechanistic identification of cutting force coefficients in bull-nose milling process

An improved method to determine cutting force coefficients for bull-nose cutters is proposed based on the semi-mechanistic cutting force model. Due to variations of cutting speed along the tool axis in bull-nose milling, they affect coefficients significantly and may bring remarkable discrepancies in the prediction of cutting forces. Firstly, the bull-nose cutter is regarded as a finite number of axial discs piled up along the tool axis, and the rigid cutting force model is exerted. Then through discretization along cutting edges, the cutting force related to each element is recalculated, which equals to differential force value between the current and previous elements. In addition, coefficient identification adopts the cubic polynomial fitting method with the slice elevation as its horizontal axis. By calculating relations of cutting speed and cutting depth, the influences of speed variations on cutting force can be derived. Thereby, several tests are conducted to calibrate the coefficients using the improved method, which are applied to later force predictions. Eventually, experimental evaluations are discussed to verify the effectiveness. Compared to the conventional method, the results are more accurate and show satisfactory consistency with the simulations. For further applications, the method is instructive to predict the cutting forces in bull-nose milling with lead or tilt angles and can be extended to the selection of cutting parameters.     

不同刀具车削加工高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂切削力研究

为探索高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的切削加工性能,对该类材料进行大直径薄壁回转类零件的车削加工。采用四种不同刀具进行实验研究,获得了不同切削参数及不同刀具材料对切削力的影响规律。试验结果表明:切削用量三要素中,切削深度对切削力的影响最大,其次是进给量,而切削速度的影响很小。当切削速度为119.32 mm/min、进给量为0.1 mm/r、背吃刀量为0.5 mm时,为最优切削参数。Ti-Al-Si-N纳米涂层硬质合金和超硬材料F2HX无涂层硬质合金刀具适合于低速加工,而PCD刀具则适合于高速加工。     

精密超声振动切削频率对切削力影响规律的研究与仿真

建立了振动切削中切削力的数学模型,进行振动切削中频率对切削力影响机理的研究,并通过数值模拟的方法,首次从理论上给出精密振动切削中频率对切削力的影响规律。同时,还研究了在不同的振动切削条件下,切削力随切削参数变化的变化规律。     

立铣切削力分类研究及精确铣削力模型的建立

 提出了一种根据切削力变化曲线的形状特征精确建立铣削力预测模型的方法。以立铣加工过程为研究对象，基于静力模型，研究铣削力的变化规律和切削用量的关系，总结了6种不同切深组合下的铣削力类型并分别给出理论的切削力随刀具旋转的变化曲线图，基于切削力交叠程度又将切削力细分为10类。在此基础上通过定义切削力分析指标，得到了基于切削力曲线形状特征的实际切深的计算方法。根据理论分析结果，提出在不同切深组合下分别建立铣削力模型的观点，实际切深的应用使得模型更加精确,更重要的是根据该切削力分类来组织试验，针对性加强，试验数据更可信。通过合理安排试验，验证了该理论的正确性。     

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.     

球头铣刀铣削力仿真技术研究

建立了适合任意进给方向的球头铣刀铣削力模型,并将铣削力仿真与几何仿真有机地结合起来,提出了快速准确地提取参与切削的切削微元的方法,并通过切削实验验证了铣削力模型。