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。     

CFRP切削过程中的监测控制研究进展

CFRP加工过程的实时监测和控制是提升零件最终加工质量的重要手段.本文从加工过程物理仿真、数学模型及智能模型三方面总结了 CFRP切削加工预测方法研究现状.同时,基于切削过程状态信息获取、特征信息提取以及监测模型构建等方面概述了刀具磨损和加工质量在线监测方法研究进展.在此基础上,探讨了关于在CFRP切削过程中切削力和振...     

面向航空复杂薄壁零件智能加工的进化建模方法

航空复杂薄壁零件的材料加工性能差、加工过程的强时变性和多态性(工件的几何、动力学特性,刀具磨损状态在加工过程中变化剧烈)导致建模难度较大.为了提高航空复杂薄壁零件的加工精度,首先根据薄壁零件加工工艺,通过对加工时间进行离散,建立了零件加工过程4维多态模型.针对具体工序模型的演化过程,建立了几何演化模型、动力学演化模型以及刀具磨损演化模型,最后通过误差补偿进化模型建立了整个加工过程的闭环控制,通过迭代学习方法实现了非线性误差的建模.     

数字孪生驱动的薄壁件铣削刀具磨损状态识别方法

薄壁零件由于其本身的弱刚性,铣削过程中极易发生颤振、变形,从而加剧刀具磨损,为提高薄壁零件的铣削加工效率和表面质量,提出了一种数字孪生与支持向量机（SVM）融合驱动的刀具磨损状态识别方法。利用时、频域分析和小波包变换提取特征向量,通过网格搜索与交叉验证（GSCV）的方法进行超参数寻优,结合SVM算法构建薄壁零件铣削刀具磨损状态识别模型。试验结果表明,SVM算法在高维小样本数据的分类识别问题中优势明显,对于不同铣刀磨损状态的识别准确率分别达到96%和90.16%,具有较好的泛化能力。结合机器学习算法构建高保真、轻量化的数字孪生体,并将其嵌入薄壁零件铣削过程监测平台,以解决加工过程中信号实时监测和刀具磨损状态在线识别的问题。     

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。     

Ti6Al4V合金端面铣削过程切削力状态研究

本文以波形刃可转位面铣刀片为研究对象分析了Ti6Al4V合金铣削加工过程中刀具的受力状态。通过有限元模拟与铣削实验相结合的方法研究了不同加工条件下刀具切削力的变化情况。结果表明:在Ti6Al4V合金的铣削加工过程中,切削力随着切削速度的增加而降低,随着进给量的增高而明显增大。     

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。     

16Co14Ni10Cr2Mo超高强度钢铣削加工切削力仿真与实验研究

为了获得超高强度钢铣削过程中切削力的变化规律,分别基于有限元仿真软件ABAQUS和DEFORM,建立了16Co14Ni10Cr2Mo超高强度钢铣削加工有限元仿真模型并进行了模拟仿真和铣削验证实验,研究了刀具几何参数和铣削参数对切削力的影响规律。结果表明:切削力随前角增大而降低,随后角增大变化不大,其中前角影响较为显著;切削力随铣削速度增大而减小,随每齿进给量、铣削深度和铣削宽度的增大而增大,其中铣削深度和铣削宽度影响较为显著。刀具几何参数的最佳取值范围为:前角6°~8°,后角12°~14°。     

异型螺杆铣削刀具监控仪的研究

针对异形螺杆铣削加工特点,阐述了异型螺杆铣削刀具磨损/破损监控原理,采用振动信号和功率信号特征值作为检测刀具磨损的参量,利用自适应神经--模糊推理系统(ANFIS)算法和哈默斯坦非线性系统的辨识,建立刀具状态监控模型,并基于模型进行了监控仪的设计,并对监控系统的设计做了详细的论述.经试验验证,该系统满足了对刀具监控的要求.     

一类流线型曲面高效数控铣削加工方法研究及应用

针对一类典型流线型曲面——叶片的高效数控铣削加工方法研究,提出了基于加工系统动力学仿真分析的高效切削参数优化技术,该方法是提高切削加工效率,保证零件加工精度和表面质量的有效手段.首先,辨识得到加工零件材料的铣削力系数;其次,利用锤击试验分别得到机床-刀具系统及弱刚性零件结构的动态特性,同时利用有限元方法进行模态分析,并与试验结果进行对比分析,可辅助验证锤击试验结果的正确性,在此基础上仿真得到铣削颤振稳定域曲线,然后对建立了基于加工系统动态稳定性的高效数控铣削加工参数优化系统进行高效铣削参数优化;最后,依据优化的铣削参数制定零件铣削加工工艺,试验得到了加工质量合格的叶片,其加工效率较传统方法有显著的提高.     

面向航空结构件的高性能加工刀具性能评价

随着航空业的不断发展,现代飞机和航天器性能要求越来越高,零件外廓尺寸相对截面尺寸较大,铣削加工余量大、加工工艺性差,加工工期长,尤其加工薄壁零件时尺寸更是难以保证[1].实现航空结构件的高精度、高效率和高可靠性铣削加工是航空制造业面临的重要技术难题之一.在航空整体结构件高速铣削加工中,影响切削加工的最直接因素就是刀具的切削性能,刀具寿命、切削力和工件表面质量等均与刀具的几何参数有关.选择合理的刀具几何参数,不仅能够提高生产效率,还能延长刀具的使用寿命[2].如何有效地选择加工航空结构件切削刀具,对实现航空关键结构件的高效精密加工至关重要.     

基于特征的飞机结构件加工状态监测方法

为有效监测飞机结构件加工过程中出现的刀具严重磨损、刀具破损和加工颤振等异常加工状态,提出基于特征的飞机结构件加工状态监测方法.分析了加工特征对监测加工状态监测的影响,运用小波分析方法提取加工特征关于加工状态的信号特征量,应用支持向量机方法对加工状态进行辨识.实例结果表明,该方法能有效的监测飞机结构件异常加工状态,具有较高的工程实用价值.     

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。     

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。     

改善难加工材料可加工性方法的研究进展

<正>本文叙述了航空航天难加工材料钛合金和高温合金加工方法;并从优选刀具材料、选择合适的刀具几何参数、采用优化的加工工艺参数、选择合适的铣削加工方式和针对难加工典型零件设计新型刀具5方面讨论了提高难加工材料切削效率的方法。     

基于MATLAB的切削力建模方法研究

提出了一种镗削过程中基于MATLAB的切削力仿真预测方法,并开发了一种切削力仿真软件。通过建立镗削加工过程的基本参数,研究了刀具几何参数和加工工艺参数与切削面积和线长的关系;根据主副切削刃参与切削情况,将镗削过程分为4种工况,分别计算4种工况下的切削面积和线长,通过MATLAB仿真得到相应的函数关系曲线;建立切削力关于切削面积和线长的数学模型,从而得到切削力与镗削基本参数的关系,同时对镗削过程刀具振动进行研究。通过试验对比,验证了基于MATLAB的切削力仿真预测方法的准确性,为镗削过程中切削力和振动的智能控制奠定基础。     

基于在线学习的数控加工刀具寿命动态预测方法

预测刀具寿命对保证零件质量和控制加工成本意义重大,但刀具磨损过程复杂多变,刀具剩余寿命受工况影响难以准确预测。针对以上问题,提出了一种基于在线学习的刀具寿命动态预测方法,以长短时记忆网络为基础模型,融合在线学习模块,使得模型能够在加工过程中自动更新参数,实现变工况下刀具寿命的精确预测。进行了铣削加工试验,结果表明,刀具寿命动态预测方法可以有效提升刀具寿命预测精度。     

刀具刚度对钛合金超薄侧壁加工变形的影响

以控制钛合金超薄结构件的加工变形、获得良好的表面加工质量为目标,基于薄壁零件加工变形理论模型与铣削加工试验,研究分析了刀具刚度对钛合金超薄侧壁结构加工受力变形及表面粗糙度的影响。通过对比分析刚度刀具铣削钛合金超薄侧壁结构时的加工尺寸精度、表面粗糙度以及切削力,发现合理增加刀具刚度可以有效改善超薄壁结构的加工尺寸精度及表面质量。     

立式铣刀结构参数分析与加工仿真研究

航空航天领域大量使用的薄壁叶片等复杂曲面零件,多采用立式铣削方法加工制造。增大刀具与工件接触可以提高加工效率,但刀具的结构参数对铣削质量影响较大。建立铣削力学模型,对立式铣削加工进行分析,确定铣削加工过程中的主要影响因素是铣刀螺旋角、铣刀直径和铣刀刃数。采用AdvantEdge FEM软件,以单变量因素进行铣削有限元仿真,分析铣削力、加工形变、应力应变等影响。结果表明:铣刀螺旋角增大,铣刀半径增加,铣刀刃数增加,可有效地改善刀具应力和形变,增强刀具振动的稳定性,提高加工质量。     

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．