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.     

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。     

不分离型超声椭圆振动切削力特性研究

分离型超声椭圆振动切削加工效率低的特点阻碍了超声椭圆振动切削技术的广泛应用和进一步发展.为拓展超声椭圆振动切削技术的应用领域,在分析了超声椭圆振动切削过程的基础上,深入研究了不分离型超声椭圆振动切削降低平均切深抗力的有效性机理,并在此基础上分析了速度系数和切深方向振幅对切深抗力的影响,揭示了不分离型超声椭圆振动切削逆变区及动态前角是降低平均切深抗力的主要原因,给出了速度系数对降低切削力失效的判断公式,并通过实验验证了不分离型超声椭圆振动切削具有降低切削力和提高加工过程稳定性的优势.这对于发挥超声椭圆振动切削技术优势,拓宽其应用领域具有重要的意义.     

时变因素作用下薄壁筒工件车削振动特性与实验

针对薄壁筒类工件的切削颤振问题,采用理论建模、数值仿真和实验测试相结合的方法,研究切削过程中时变工件厚度和切削位置对薄壁筒振动特性的影响规律.利用有限元法建立主轴-卡盘-工件工艺系统模型,分析不同壁厚、切削力位置对薄壁筒切削系统的固有模态、频率响应函数的影响.结合模态实验与切削振动实验表明:薄壁筒周向壳体模态对于壁厚的...     

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。     

SiCp/Al超声椭圆振动车削力热特性仿真研究

SiC_p/Al复合材料在航空航天、精密仪器等诸多领域发挥重要作用,但是其在加工中会出现较高的切削力和切削温度,从而降低其车削加工表面质量和精度。为探究超声椭圆振动作用及车削工艺参数对SiC_p/Al车削的影响,在ABAQUS中建立了SiC_p/Al超声椭圆振动有限元车削仿真模型,优化了SiC_p/Al微观几何建模方法,对车削模型进行验证并开展车削仿真试验研究。试验结果表明,超声椭圆振动车削可有效减少亚表面损伤、表面裂纹等缺陷。通过变切速和变切深单因素试验,发现随着切削速度和切削深度增加,普通和超声车削主切削力和切削温度均增大,超声椭圆振动技术可有效降低SiC_p/Al车削过程的主切削力和切削温度。在所选参数中,切深100μm、切速200mm/s时超声作用降低切削力作用最大;切深20μm、切速600 mm/s时超声作用降低切削温度作用最大。     

超声振动方向对TC4钛合金铣削特性的影响

为充分发挥超声铣削钛合金的优势，改善钛合金的加工效果，增强表面服役性能，分别对刀具和工件施加超声振动，以寻求合适的振动方向和加工参数。理论推导了侧刃断续切削时的临界速度，试验研究了不同振幅和切削速度对表面形貌、切屑形态、切削力和刀具磨损的影响，同时探究了表面微织构对摩擦特性的影响。试验表明在两种振动方向下，增大振幅均使切屑的锯齿化程度降低，并且增加轴向振幅可使锯齿形切屑转变为带状切屑。轴向振动更有利于表面形成微织构、减小切削力、减缓刀具磨损、减小工件摩擦时的磨合时间，但需合理控制切削速度和超声振幅。同时，对切削力进行频谱分析，为工作状态下超声振动频率的测量提供了一种参考方法。     

钛合金径向超声振动铣削表面粗糙度研究

为提高钛合金零件加工质量,设计了径向超声振动辅助铣削试验装置,研究了切削速度、切削深度、进给速度和超声振动幅值对钛合金零件表面粗糙度的影响规律.试验结果表明,与普通铣削相比,径向超声振动铣削后工件上的刀痕更加平整、分布更加均匀,材料去除更彻底,有效减少了由于钛合金切屑粘刀造成的表面划痕和积屑瘤等现象.在不同的切削参数下,径向超声振动铣削均可以改善钛合金零件的表面粗糙度,这一点在低速切削时更为明显,而超声振动幅值过大或过小都会影响加工质量.对加工系统的切削力进行了分析,发现超声振动辅助铣削时系统的切削力明显减小,有助于提高加工系统的稳定性,从而能够获得较好的表面质量.     

超声波振动切削TC4钛合金的残余应力数值分析

为研究超声波振动切削TC4钛合金产生的残余应力,利用三维热力耦合有限元模型对钛合金超声波振动切削和振动时效处理进行了数值模拟。超声波振动切削相比普通切削可有效降低平均切削力,但振动切削的瞬时冲击作用使工件表层产生分布梯度较大的残余应力。振动时效可在一定程度上降低和均化被切削工件的残余应力,并提高TC4钛合金工件的抗疲劳性能。     

单点金刚石铣削KDP晶体实验研究

通过实验研究了KDP晶体铣削加工的切削力特性,分析了切削深度、进给量对切削力的影响,并对KDP晶体和铝合金的切削力进行了比较。结果表明,在不影响加工表面质量的前提下,可以适当加大切削深度和进给量从而提高切削效率。     

切深对椭圆超声振动切削机理的影响

以椭圆超声振动切削为研究对象,通过理论分析,有限元仿真和切削实验,研究了切深变量对其切削过程中机理的影响。指出在微小的切深条件下,刀尖钝圆影响不可忽略,其切削过程表现出微细切削特性。一方面,基于微细切削理论,建立了正交椭圆超声振动切削运动学和力学模型,将切削区分为后刀面回弹区、刀尖犁切区、刀尖剪切区和前刀面摩擦区四个区域,并依次对四个区域内不同切深条件下各个切削分力进行计算分析。另一方面,对切削过程进行有限元仿真和切削实验。其结果表明:当切深小于最小切削厚度时,切削过程主要为刀具后刀面的回弹挤压与摩擦和刀尖钝圆的犁切作用,不产生切屑,切深抗力大于主切削力;当切深大于最小切削厚度并逐渐增大时,刀尖剪切和切屑与前刀面的挤压与摩擦作用逐渐凸显并成为主要切削方式,此时主切削力逐渐超过切深抗力并迅速增大。     

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。     

单激励超声椭圆振动车削薄壁筒实验研究

通过对普通夹心式超声椭圆振动换能器结构的研究,设计了一种能够在单一纵向激励的情况下产生椭圆振动的换能器结构,利用有限元分析工具对换能器的结构进行分析,并且利用光纤测振仪对单一纵向激励换能器进行了测量,验证了可以通过单向激励产生椭圆振动。利用这种结构研制了一套单激励超声椭圆振动车削系统,采用PCD刀具对LY12实心件和薄壁筒工件进行了精密切削实验,实验结果表明椭圆振动切削可以大幅度降低切削力,明显改善薄壁工件的形状精度,同时工件还具有较好的表面粗糙度。     

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。     

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。     

太阳能硅片精密切割技术及其特性研究

本文在对当前太阳能硅片常见切割技术及其特性进行分析和比较的基础上,提出数控超声振动切割太阳能硅片技术,为太阳能硅片的精密切割提供一种新的实用的加工方法.     

机床振动对高精度金刚石刀具研磨质量的影响

研磨机床的振动是影响金刚石刀具机械研磨质量的重要因素,尤其在精密研磨工序。为了提高金刚石刀具的研磨质量,针对金刚石刀具的精密研磨工序,在研磨加工时对机床施加空气隔振垫,使研磨的金刚石刀具切削刃钝圆半径从隔振前的93.8nm降到了隔振后的72.7nm,前刀面表面粗糙度则从2.4nm降到了1.0nm,研磨质量得到明显改善。     

Chatter stability and precision during high-speed ultrasonic vibration cutting of a thin-walled titanium cylinder

Titanium alloys are widely used in the aviation and aerospace industries due to their unique mechanical and physical properties. Specifically, thin-walled titanium (Ti) cylinders have received increasing attention for their applications as rocket engine casings, aircraft landing gear, and aero-engine hollow shaft due to their observed improvement in the thrust-to-weight ratio. However, the conventional cutting (CC) process is not appropriate for thin-walled Ti cylinders due to its low thermal conductivity, high strength, and low stiffness. Instead, high-speed ultrasonic vibration cutting (HUVC) assisted processing has recently proved highly effective for Ti-alloy machining. In this study, HUVC technology is employed to perform external turning of a thin-walled Ti cylinder, which represents a new application of HUVC. First, the kinematics, tool path, and dynamic cutting thickness of HUVC are evaluated. Second, the phenomenon of mode-coupling chatter is analyzed to determine the effects and mechanism of HUVC by establishing a critical cutting thickness model. HUVC can increase the critical cutting thickness and effectively reduce the average cutting force, thus reducing the energy intake of the system. Finally, comparison experiments are conducted between HUVC and CC processes. The results indicate that the diameter error rate is 10% or less for HUVC and 51% for the CC method due to a 40% reduction in the cutting force. In addition, higher machining precision and better surface roughness are achieved during thin-walled Ti cylinder manufacturing using HUVC.     

Analytical model of cutting force in axial ultrasonic vibration-assisted milling in-situ TiB2/7050Al PRMMCs

Ultrasonic vibration-assisted milling has been widely applied in machining the difficult-to-cut materials owing to the remarkable improvements in reducing the cutting force. However, analytical models to reveal the mechanism and predict the cutting force of ultrasonic vibration-assisted milling metal matrix composites are still needed to be developed. In this paper, an analytical model of cutting force was established for ultrasonic vibration-assisted milling in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites. During modeling, change of motion of the cutting tool, contact of tool-chip-workpiece and acceleration of the chip caused by ultrasonic vibration was considered based on equivalent oblique cutting model. Meanwhile, material properties, tool geometry, cutting parameters and vibration parameters were taken into consideration. Furthermore, the developed analytical force model was validated with and without ultrasonic vibration milling experiments on in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites. The predicted cutting forces show to be consistent well with the measured cutting forces. Besides, the relative error of instantaneous maximum forces between the predicted and measured data is from 0.4% to 15.1%. The analytical model is significant for cutting force prediction not only in ultrasonic-vibration assisted milling but also in conventional milling in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites, which was proved with general applicability.