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.     

航空薄壁件铣削加工中保持工艺系统高刚性方法

针对航空铝合金薄壁工件铣削加工时易出现的颤振以及切削效率低的问题,从动力学角度出发进行了深入的分析研究,提出了通过采用保持工艺系统高刚性的加工过程工艺优化与铣削加工动力学仿真结合的方法进行铣削加工.试验结果证明本法可以收到很好的效果,较好地解决了航空铝合金薄壁结构工件加工的颤振问题,提高了工件的加工表面质量和切削效率.     

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。     

航空薄壁件铣削加工动力学仿真技术

薄壁件铣削是航空工业中最常见的加工方式。航空薄壁件铣削工艺系统固有的弱刚性特点易引起切削颤振和变形,极大影响加工质量和效率。研究航空薄壁件铣削加工动力学仿真技术,指导工艺、刀具参数优选,对高质高效加工技术具有重要意义。围绕薄壁件铣削加工动力学仿真中的刀具-主轴系统动力学建模、切削瞬时薄壁件动力学建模及铣削过程动力学建模等技术进行介绍。     

基于支持向量机和粒子群算法的钛合金铣削加工参数优化

钛合金材料在加工过程中受铣削力影响易于产生变形而影响加工效果,为保证加工质量,提高生产效率及降低加工成本,研究切削加工参数的合理选择非常重要.对钛合金材料Ti6Al4V铣削加工进行有限元数值计算,结合试验设计方法构建了基于支持向量机的切削力预测模型,以材料去除率为优化目标,提出了一种基于支持向量机和粒子群算法的优化方法,对钛合金铣削加工参数进行了优化.结果表明,该方法准确、高效、可行,为钛合金加工工艺参数优化提供一种新的方法,具有良好的推广价值.     

铣削加工工艺力学机理研究

结构件数控铣削加工技术广泛应用于航空航天工业中。铣削加工中,不合理工艺参数下的切削力会引起较大刀具-工件变形及加工颤振,极大影响着加工精度和质量。深入研究工艺过程的力学机理,进而采用建模仿真技术来优选工艺参数,对高效高精度加工技术的实现具有重要意义。本研究围绕切削力建模、动力学建模与颤振稳定性分析以及变形误差预测与控制技术等相关工作进行介绍。     

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。     

铣削加工过程动力学建模、仿真研究现状与展望

对铣削加工过程参数进行准确预测,对于实现无颤振高效铣削至关重要。对铣削加工过程动力学建模方法与原理、仿真算法与工程应用等进行了综述。首先,将切削过程建模方法归纳为经验法、解析法、有限元法及力学方法 4类,并分析了其各自特点。其次,详细介绍了静态切削力建模与动态切削力建模,并给出了其各自的应用场合。再次,对几种典型铣削加工稳定性分析方法的实现原理、优缺点和应用场合进行了对比,为采用合适的稳定性分析方法提供了理论依据。最后,介绍了铣削加工表面形貌预测常用的两种方法。上述分析得出的结论可为该领域深入研究与工程化应用提供理论指导。     

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.     

7075铝合金切削参数优化试验研究

本文利用基于铣削加工动力学原理的参数测试分析和动力学仿真计算软件,研究了7075铝合金高速切削加工工艺的参数优化方法和实现过程,提出了信息采集、数据计算、参数验证过程中应注意的问题。试验表明,在稳定切削状态下,合理地选择工艺参数可以有效地提高单位时间的金属去除率。     

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。     

整体叶盘叶片加工变形控制技术研究

针对五坐标加工中心(MIKRON UCP1350)采用五轴联动方式加工整体叶盘时叶片和刀具受力变形较大的问题,从加工整体叶盘叶片的工艺特点着手,结合传统切削力理论公式计算和加工时叶片的有限元分析,对加工变形控制展开研究.在初步确定切削参数值后,经过试件实际试加工,修正切削参数值使加工后叶片既满足叶型面变形在公差允许范围...     

Time-domain modeling of a cutter exiting a workpiece in the slot milling process

In a milling operation, there must be processes of a cutter entering and exiting the work-piece boundary. The cutter exit is usually in the feed direction and the dynamic response is different from that in the normal cutting process. This paper presents a new time-domain modeling of mechanics and dynamics of the cutter exit process for the slot milling process. The cutter is assumed to exit the workpiece for the first time with one tooth right in the feed direction. The dynamic chip thickness is summed up along the feed direction and compared with the remaining workpiece length in the feed direction to judge whether the cutter is ready to exit the workpiece or not. The developed model is then used for analyzing the cutting force and machining vibration in the cutter exit process. The developed mathematical model is experimentally validated by comparing the simulated forces and vibrations against the measured data collected from real slotting milling tests. The study shows that stable cutting parameters cannot guarantee stable cutting in a cutter exit process and further study can be performed to control the vibration amplitude in this specific process.     

TC4的铣削加工中铣削力和刀具磨损研究

通过TC4铣削加工时的铣削力试验,研究了干切削时和有氮气介质铣削时影响铣削力大小的几个因素,为提高金属去除率优化了切削参数。同时通过刀具磨损试验,对上述两种铣削方式,比较了在不同的切削速度下铣削时铣刀后刀面的磨损,证实了以氮气为切削介质能够大大地改善刀具的磨损状况和提高刀具的寿命。     

TC4钛合金侧铣加工表面形貌分析及工艺参数优化

TC4钛合金是 1种典型的不易加工材料,其切削加工表面质量很难控制。为实现面向侧铣加工表面形貌的切削工艺参数优选,开展了 TC4钛合金侧铣加工实验研究。首先,探究了加工表面微观缺陷特征及其形成机制;然后,采用粗糙度参数 Ra和 Sa对铣削表面形貌进行定量表征,并分析了切削速度、进给量和切削深度对表面粗糙度参数的影响;最后,基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对铣削工艺参数进行了优化。研究发现,加工表面微观缺陷主要有进给刀痕等固有缺陷和黏附颗粒等随机缺陷。铣削表面粗糙度随主轴转速的增大先减小后增大;随径向切深的增大先增大后减小;随进给量先增大后减小。在主轴转速 n = 1 093 r/min、径向切深 ae = 0.2 mm、每转进给量 f = 0.06 mm/r的条件下可以获得较小的表面粗糙度。     

整体叶盘铣削数控编程与加工技术

整体叶盘有良好的结构完整性、轻质化、装配环节少、装配精度高等优点,已被广泛应用于航空发动机中。根据整体叶盘的切削加工特征,将其简化为整体叶盘基准件,从数控编程和加工技术两方面实现整体叶盘的高质量加工。首先,利用Hyper MILL软件对整体叶盘基准件进行数控编程,优化获得理想的刀具路径,保证高效高质量的零件加工。然后,利用DMU-70V五轴加工中心对钛合金TC4整体叶盘基准件进行切削加工,在整体叶盘基准件叶片和流道几何特征的精加工时,选用不同型号的立铣刀,并监测加工过程中的切削力。最后,对加工后叶片和流道加工表面形貌进行测试分析,并结合切削力对比分析国产刀具和进口刀具对钛合金整体叶盘的切削加工性能。     

损伤演化对Ti6Al4V高速切削仿真结果的影响

利用ABAQUS有限元分析软件建立了Ti6Al4V二维切削仿真模型,在模型其他参数（本构参数、初始损伤参数等）固定不变时,得到了不同损伤演化特征参数（断裂能）取值下的切削力、切削温度和切屑形貌,以此来研究损伤演化过程对仿真结果的影响。研究发现随着断裂能取值的减小,仿真的切削力、切削温度会降低,切屑的锯齿化程度会变得严重。在切削速度为180 m/min,进给量为0.1 mm/r的条件下进行了Ti6Al4V正交切削实验,测量了切削力,将仿真得到的主切削力和切屑锯齿化程度与实验结果进行对比,确定了适合本研究建立的仿真模型的合理断裂能值。结果表明,在使用此断裂能取值时,仿真得到的切削力和切屑形态与实验值有很好的一致性。在消除了能量密度对仿真模型的影响后,进行了4组验证实验,仿真结果与验证实验的结果相吻合,证明了断裂能取值的准确性。     

Five-axis flank milling tool path generation with curvature continuity and smooth cutting force for pockets

In order to ensure machining stability, curvature continuity and smooth cutting force are very important so as to meet the constraints of both cutting force and kinematics of machine tools. For five-axis flank milling, it is difficult to meet both of the constraints because tool path points and tool axis vectors interact with each other. In this paper, multiple relationships between tool path points and tool axis vectors with cutting force and kinematics of machine tools are established, and the strategies of corner-looping milling and clothoidal spirals are combined so as to find feasible solutions under both of the constraints. Tool path parameters are iterated by considering the maximum cutting force and the feasible range of the tool axis vector, and eventually a curvature continuity five-axis flank milling tool path with smooth cutting force is generated. Machining experimental results show that the conditions of cutting force are satisfied, vibration during the process of machining is reduced, and the machining quality of the surface is improved.     

中低速数控铣削参数优化技术研究及应用

采用平均铣削力系数模型对数控加工过程中的铣削力进行仿真预测.在此基础上,综合考虑数控加工过程中机床、刀具以及工件3方面限制加工效率的因素,对主轴转速、进给速度、径向切宽以及轴向切深4个参数进行优化.利用VC与Matlab编程,开发了"中低速数控铣削过程力学仿真与参数优化系统".针对航空难加工材料GH4169,在SandviK推荐参数基础上进行仿真优化.结果表明,基于力学仿真的数控铣削参数优化技术在难加工材料加工中可提高加工效率12%～378%.     

基于优化STD法的大飞机垂尾装配界面精加工过程模态参数识别

为减小大飞机垂尾装配界面精加工过程中产生的加工振动对其精加工质量的影响，需掌握装配界面加工过程的动力学特性，而动力学特性与其模态参数密切相关。因此，为获得装配界面各阶模态参数，针对其动态精加工过程，提出了一种优化STD环境激励下结构模态参数识别方法。该方法首先由装配界面的实测加工振动数据构造Toeplitz矩阵，并将其作为STD法的输入，进而求出装配界面各阶次模态参数，并构成模态参数下三角矩阵。然后利用模态置信因子及模态保证准则选出阶次相对稳定的模态参数作为装配界面的真实模态参数。最后，通过切削实验和锤击测试验证优化STD法的正确性和有效性。将锤击实验模态结果作为装配界面的模态参数测量参考值，以一阶模态频率识别结果为例，该方法相比于传统STD法和SSI法，识别精度分别提高了12.71%和3.82%；同理其余各阶模态参数识别精度均有不同程度的提高。通过优化STD法可准确高效地获得装配界面的模态参数，为其精加工工艺参数的合理选择提供了理论依据和技术支持。