金属切削过程中的热塑剪切失稳

综述了有关金属切削过程中热塑剪切失稳的研究。讨论了热塑剪切失稳临界切削条件,热塑剪切失稳判据,热塑剪切带的特点以及由于热塑剪切失稳引起的锯齿形切屑形成。     

切削加工过程数值模拟的研究进展

针对机械工程师基于经验或试验来制定切削加工工艺规程,难以保证产品质量的制造难题,近年来有限元方法在切削加工过程中得到了越来越广泛的应用。本文介绍了国内外切削加工过程数值模拟的研究进展,重点阐述了切削加工过程中塑性变形过程、切屑分离和断裂判定准则、工件与刀具接触和摩擦、切削加工过程中温度场与应力场的热力耦合,以及加工表面层微观组织结构与残余应力的预测等关键技术的研究进展情况。最后对切削加工过程数值模拟的发展方向进行了展望。     

CHIP FORMATION MODEL OF TITANIUM ALLOYS

钛合金的切屑变形从低速起就是一种典型的集中剪切滑移,这种集中剪切滑移在高速切削大部分难加工材料时是一种普遍现象。本文研究了钛合金加工的切屑形成过程并提出了描述集中剪切切屑形成过程的三阶段模型。该模型解释了集中剪切切屑节块如何启动、梯形化并最终形成锯齿形切屑。     

航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在切削过程中的各向异性行为研究

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。采用直角自由切削试验的方法,得到了T700航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在不同纤维方向角下的切削力、切削比能、切削温度、切削加工表面。基于试验结果讨论了碳纤维单向层合材料在切削过程中力热行为的各向异性,得到了不同切削参数条件下的切削比能图谱以及碳纤维复合材料的切削热源和传导模型。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)分析了典型切削加工表面的特征,得到了不同纤维方向下的表面形成规律。     

高强度碳纤维增强复合材料层合板的钻削制孔过程及其缺陷形成分析

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。针对T800级高强度CFRP单向层合材料开展直角自由切削试验,研究其在切削过程中的切削力和切削热随纤维方向角的变化产生的各向异性行为。针对制孔刀具三尖钻和八面钻开展CFRP层合板的钻削制孔试验,研究了三尖钻和八面钻的具体钻削过程中切削力、扭矩和切削温度的变化规律及其对钻削缺陷形成的影响。此外,对钻削制孔形成的孔壁加工表面进行分析,得到了典型孔壁缺陷的形貌照片并分析其形成原因。     

金属切削中的Bridgman效应与Merchant切削方程式

本文运用经典力学与金属微观力学原理相结合的方法,分析了金属在切削过程中切削塑性变形的特点,证明了切削过程中的Bridgman效应较在一般材料试验中显著得多,在此基础上得到了关于Merchant切削方程式的新的评价与认识,指出了用Merchant切削方程式解释大量试验结果的可能性与合理性.     

金属切削数据库系统的设计

本文首先研究设计了金属切削数据库系统的总体构成,该系统包含从切削数据的采集、管理、优化到切削加工专家系统的多方面功能。并根据实际加工需要定义了各功能的具体内容和用途,分析了各功能块之间的信息传递关系。其次,在分析切削数据之间联系的基础上,设计了金属切削数据的实体模型(E—R图)。然后,用关系数据模型描述了切削数据实体之间、属性之间的联系,通过棋式分解设计了规范化的离散型金属切削数据库的结构。该结构包含切削用量数据库、刀具几何形状数据库、切削液数据库和单位切削功率数据库,由此组成的金属切削数据库避免了插入、删除异常,减少了数据冗余,提高了存贮和存取效率。     

速度型切削颤振系统的数字仿真研究

本文采用数字仿真技术分析研究了速度型切削颤振系统的非稳定状态与颤振状态,内容包括起振阈与消振阈的分离、有限振幅不稳定性、系统参数对稳态颤振状态的影响。结果表明,起振阈与消振阈的分离现象是由切削宽度的连续变化引起的;有限振幅不稳定性与动态切削力中的三次项阻尼系数有关;动态切削力系数与机床结构系统参数对稳态颤振状态均有影响。     

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。     

麻花钻磨损振动信号的时域与频域特征分析

本文提出采用振动信号监测钻削过程中钻头的磨损状态。对主轴振动信号随钻头磨损而变化的时域和频域特征进行了实验研究和理论分析。实验表明:振动信号能够较好地反映切削过程中刀具的状态。随着刀具磨损的增加,振动信号的振幅增大,振动能量亦相应增加。信号的时域波形和谱结构表明刀具在即将发生剧烈磨损之前,将出现所谓“转速调制现象”,即与转速同步的振动信号被高频信号所调制。文中解释了这种现象发生的机理,并提出利用该特性进行钻头磨损监测和预报的方法。建立了以APPLE—Ⅱ微型机为主体的刀具磨损监测系统,实际监测试验表明监测系统具有很好的应用前景。     

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.     

高速立铣加工中切削温度的测量

介绍了一种用常规的自然热电偶和标准热电偶方法实现高速加工过程中切削温度的直接接触式测量的计算机辅助测温系统。它采用自然热电偶测量刀一工界面温度,采用夹丝热电偶测温技术对工件表面和体内温度分布进行直接接触式测量。该方法可以应用于刀具旋转的切削加工中(例如立钻、立铣)测量切削温度,并已在高速立铣淬硬钢研究中得到应用。     

Theoretical and Experimental Analysis on Influence of Revolution Radius in Orbital Drilling

Revolution radius is one of the significant parameters in orbital drilling,which has great influence on many factors,such as the cutting area of front and side cutting edge,undeformed chip geometry,delamination and burr at hole exit side,hole surface roughness,cutting tool force and deflection,chip removal and heat transmission.First,the influence of revolution radius on the factors is discussed theoretically in detail.Analysis results show that big revolution radius can reduce axial cutting force,restrain exit delamination and burr,and improve chip removal and heat transmission.Then,single factor test and orthogonal test are utilized in the two processing methods as machining unidiameter holes with several cutting tools and machining different diameter holes with one tool.Finally,the influence of revolution radius on cutting force and hole machining precision is studied.These results provide a profound foundation for future optimization of cutting control parameters.     

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.     

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.     

弱刚度零件的超声波椭圆振动切削加工

根据弱刚度零件端面切削实验,研究了超声波椭圆振动切削对弱刚度零件的切削效果。与没加超声波椭圆振动的普通切削相比,超声波椭圆振动切削能显著地提高已加工表面光洁度和抑制颤振。并且基于超声波椭圆振动切削特性,分析了超声波椭圆振动切削对绝对稳定切削刚度的影响,结果表明:由于刀具前刀面与切屑之间的分离特性和摩擦力方向反转特性共同作用,增大了绝对稳定切削刚度,增强了抗颤振能力,提高了弱刚度零件表面的加工质量。     

弧面分度凸轮廓形铣削加工系统的动力学分析

以弧面分度凸轮廓形铣削加工系统的分析与简化为基础,建立了动力学模型,利用M atlab6.0对加工系统进行了动力学仿真与分析。在凸轮切削加工过程中,振动最强烈的区域发生在切入阶段和切出阶段;与凸轮非分度区廓形加工相对应的扭振振幅小且稳定;切削用量对加工系统的动力学响应有明显的影响,工件进给速度、刀具轴向最大切削深度越小,系统的振动越弱,刀具(主轴)转速提高,工件子系统振动减弱,刀具子系统的振动增强;生产效率相同时,刀具轴向最大切削深度减小,更能有效地减弱切削加工系统的振动。     

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。