基于多参量状态信息融合的刀具磨损状态智能识别

鉴于刀具磨损监控在自动化生产中的重要性,建立了基于切削力和基于相对切削时间的两种磨损检测模型．切削力模型是利用回归算法和模糊分类技术建立的,通过检测切削力信号可在线识别刀具磨损状态．基于相对切削时间模型利用回归技术直接建立刀具磨损量与切削参数及时间的关系,可在较大的切削条件变化范围内实现对刀具磨损的识别．     

整体叶盘盘铣加工切削力及刀具磨损实验研究

本文对整体叶盘开槽粗加工时从切削速度、进给量、径向切深等切削参数对切削力的影响进行研究。选用正交实验的方法进行盘铣切削实验,得到切削参数对切削力的影响变化规律,并对刀具在切削过程中的磨损进行分析,进一步验证优化的切削参数,为整体叶盘的盘铣加工参数的合理制定与加工工艺的优化提供参考。     

铝合金插铣加工切削力分析及成屑弧区划分研究

利用铝合金插铣加工正交试验,从工艺角度分析了主轴转速、每齿进给量和径向切宽加工参数对三向切削力的影响规律,并进行了方差显著性分析(ANOVA)。建立了关于加工参数的多元线性回归方程,讨论了加工过程振动对切削力信号的影响。从切削理论角度建立了切削力与刀具转角、瞬时每齿切厚的理论计算关系。基于切向/法向切削力的变化规律,将切削弧区划分为挤压区、划擦区和切削区。     

数控铣削加工物理仿真关键技术的研究

加工物理仿真的关键技术是加工过程的参数分析与建模。加工仿真过程是通过仿真模型在仿真环境中运行来实现的,其中物理仿真主要研究的模型有切削力模型、振动模型、表面粗糙度模型、切削过程的温度场模型、刀具磨损模型等。     

基于回转基准面的椭圆振动辅助切削微织构过程仿真研究

仿生研究表明,具有凹坑、沟槽等微结构的表面具有减阻、自清洁等优异性能,微结构表面在航空航天、船舶、光学等领域有广泛的应用,对于节省能源、减阻降噪、降低污染和提升产品性能等具有重要的意义。为了有效预测椭圆振动辅助切削加工微织构的效果,依据椭圆振动装置的共振频率和回转类基准面的转动速率,给出了一种椭圆振动辅助切削微织构的轨迹规划方法,通过对周期振动载荷进行傅里叶级数的转化,在刀具有限元模型上加载了椭圆振动载荷,建立了基于回转面的椭圆振动辅助切削微织构的有限元仿真模型。基于建立的有限元仿真模型,对不同振动参数下的椭圆振动辅助切削微织构加工过程中的瞬时Mises应力分布和切削力进行分析,验证了微织构加工轨迹的正确性,为进一步的微织构加工提供了参考。     

低频椭圆振动切削加工仿真分析

基于椭圆振动切削和金属加工原理,应用ThirdWave-advantEdge仿真软件对椭圆振动切削进行研究,对比普通切削,改变振动切削参数,分析了椭圆振动切削中振动切削参数对切削力、温度变化的影响.     

镗削碳纤维复合材料时切削用量对切削力及孔出口撕裂的影响

采用PCD刀具对碳纤维复合材料(CFRP)进行了镗削加工试验,分析了切削用量对切削力、孔出口撕裂因子(撕裂值与孔直径的比值)的影响规律.试验结果表明,三向切削力随背吃刀量、进给量、切削速率的增大而增大.经分析认为,切削速率的增大引起待加工材料的屈服应力增大.由于刀尖圆弧半径较大,试验中出现背向力大于主切削力的现象;撕裂因子与背吃刀量基本无关;进给量与撕裂因子呈线性正相关;当切削速率增大时撕裂因子呈减小趋势,并且减小到一定程度后基本不变;采用PCD刀具镗削加工该材料能够有效地减小孔出口撕裂程度.     

薄壁件周铣切削力建模与表面误差预测方法研究

薄壁件加工变形是影响加工精度与质量的关键因素,而切削力建模则是预测表面加工误差的基础。针对两种典型的切削力模型,系统地研究了薄壁件周铣加工过程中切削力变化及表面变形误差分布的有限元计算方法,提出了基于三维非规则网格的刀具/工件变形的耦合迭代格式以及恒定网格下材料去除效应的变刚度处理方法等关键技术,仿真过程充分考虑了切屑厚度变化及不同切削参数对预测结果的影响。以典型钛合金航空材料构件为例,数值计算结果与实验参考数据比较表明,两种切削力模型对同一切削过程的预测均具有很好的一致性。     

Inconel 718车削过程中刀具涂层材料和几何参数对切削力的影响研究

基于Deform 2D仿真软件建立了Inconel 718高温合金车削的有限元模型,对车削过程进行了仿真分析,获得了刀具涂层材料和刀具几何参数对切削力的影响规律。研究结果表明:Inconel 718车削过程中,采用涂层刀具时切削力无明显降低;切削力随前角增大而降低,随后角增大变化不大,随刀尖圆弧半径增大而升高,其中前角和刀尖圆弧半径影响较为显著;根据Inconel 718的切削加工性,建议Inconel 718精车时刀具几何参数的取值范围为:前角6°~8°,后角12°~14°,刀尖圆弧半径0.2~0.4mm。     

限制接触切削过程力热特性仿真及试验研究

316L奥氏体不锈钢因其优良的力学性能和耐腐蚀性在航空航天领域被广泛应用,但其加工硬化现象严重,刀–屑接触环境恶劣,导致刀具寿命严重缩短,影响加工效率。本文将通过有限元仿真与试验相结合的方法研究限制接触刀具对切削过程中力与热特性的影响。通过建立限制接触切削的有限元仿真模型,探究加工参数和限制接触参数对切削性能的影响,并阐明了变限制接触结构在切削过程中的作用机理。结果表明,变限制接触结构能有效减小切削力与切削温度,并改善奥氏体钢的切削性能。其中梯形限制接触结构改善切削性能效果最好。该结果在切削试验中得到验证,并证明了有限元仿真的可靠性,为新型限制接触刀具结构的优化提供理论基础。     

单向CFRP螺旋铣削力建模

螺旋铣削加工工艺具有降低轴向力,改善排屑、散热条件等优点,螺旋铣削力是其重要过程指标之一。对单向CFRP螺旋铣削力建模方法展开研究,预测给定加工参数下的螺旋铣削力。首先,通过对螺旋铣削过程进行运动学分析和切屑几何分析,建立了螺旋铣削过程中侧刃、底刃动态切屑层模型,纤维切削方向角度模型和动态切削力计算模型。然后,分别通过侧刃直线槽铣实验和底刃半齿插铣实验,对各个切削方向角度下侧刃、底刃切削力系数进行了标定,并利用人工神经网络对切削力系数进行拟合。最后,将标定所得的切削力系数代入动态切削力计算模型中,建立了单向CFRP螺旋铣削过程动态切削力预测模型,并通过实验验证了模型的准确性。与现有模型相比,该模型不仅能够预测刀具螺旋运动周期内的切削力变化情况,还可以对每个刀具自转周期内的细节进行预测,通过考虑纤维切削方向角度对切削力系数的影响,反映了单向CFRP材料的各向异性,较为准确地预测了螺旋铣削力。     

高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构试验

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）和钛合金叠层结构在传统钻削过程中切削温度高、加工质量差等问题,基于低频振动钻削和高频（超声）振动钻削的优势,提出了高低频复合振动钻削的加工方法。采用自主研制的高低频复合振动钻削装置,对CFRP/钛合金叠层结构进行了制孔试验,对比研究了普通钻削、超声钻削、低频振动钻削和高低频复合振动钻削4种方式下的切削力、钛合金切屑形貌、切削温度和CFRP孔加工质量。结果表明：4种加工方式中,高低频复合振动钻削的轴向力波动相对较大,切削温度显著降低,产生的钛合金切屑呈不连续扇形且整体尺寸最小,CFRP孔出入口及孔壁的损伤程度最低,显著提高了加工质量,为复合材料叠层结构一体化制孔加工提供了指导意义。     

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。     

3J33C小孔镗削温度测量实验及有限元模拟

基于3J33C弹性合金小孔镗削温度测量实验及Advant Edge有限元温度仿真试验,验证了有限元模型及结果的可靠性,得到其不同镗削参数时基体最高温度的变化规律及温度范围。基于有限元仿真结果建立了3J33C小孔镗削的温度经验公式,结果表明,随着镗削转速、进给速度及径向切深的增大,镗削温度都呈现升高趋势,并且在这三个因素中镗削转速影响最大,进给速度影响次之,径向切深影响最小。     

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。     

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。     

切削过程有限元仿真研究进展

得益于高性能计算机和软件技术的发展,数值仿真为深入理解切削过程、研究刀具磨损、提高加工表面质量等提供了强大的技术支持。总结了现有几种本构模型的特点,对构建切削仿真有限元模型中的几个关键问题进行了分析和总结,综述了有限元仿真技术在金属切削过程中切屑形成研究、切削温度和切削力、刀具磨损、刀具优化和残余应力预测以及加工表面显微组织演变模拟等方面的研究成果。最后,系统地分析了切削过程有限元仿真研究中存在的问题,探讨了该研究领域未来的发展趋势和需要进一步探索的热点问题。     

振动钻孔刀具的损伤特性

本文分析了动态角度变化、切削波形变化和一个振动周期内的切削过程对振动钻孔刀具损伤的影响;通过耐热钢20Cr11MoWV和高强度钢30CrMnSi的钻削试验,探讨了振动钻孔刀具损伤特性.     

超声波激振刀具镗削淬硬钢研究

研究了将超声波的能量施予刀具，使其产生一定振幅的超声频振动对孔进行镗削的工艺方法。试验结果表明，这种加工方法可使工艺系统稳定，切削力降低，加工精度和表面质量超过磨削，达到研磨的效果。     

圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯的切削力和表面质量研究

为了研究圆片刀加工参数对切削力和表面质量的影响,首先对圆片刀超声切削和普通切削的切削力进行了理论分析,在此基础上开展了圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯试验,获得了进给速度、刀具转速和超声振幅对切削力的影响规律。进一步以蜂窝芯孔壁撕裂数量和长度作为加工表面质量的表征参数,定量研究了加工参数对于蜂窝芯表面质量的影响。试验结果表明:普通切削条件下,增大刀具转速和减小进给速度可以有效降低切削力;随着超声振幅的增大,切削力显著减小,相比普通切削,当超声振幅为35μm时,进给方向的切削力和刀具轴向的切削力分别减小53.1%和33.9%;切削力试验结果与理论分析结果一致。此外,Nomex蜂窝芯孔壁撕裂数量随着刀具转速的增大和进给速度的降低而减少,超声振动作用可以有效减少蜂窝芯孔壁撕裂的数量和长度。研究为圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯的加工参数的选择提供参考。