高强度弹性合金的微孔铣削实验研究

使用超高精度加工中心进行了多组铣削3J33B高强度弹性合金微孔的铣削实验,使用Kistler 9119AA2型高精度测力仪测量铣削力,使用Keyence 3D激光显微镜测量已加工孔的尺寸,使用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）测量刀具磨损。实验结果表明,在不同的切削速度条件下,主铣削力的Y方向分力（Y方向力）总是大于X方向分力（X方向力）。在铣削微孔过程中,使用高切削速度进行微细铣削成孔时,已加工孔的孔口直径尺寸误差会增大,严重影响尺寸精度。刀具磨损最严重的区域在刀尖处,并且发生磨损的区域基本集中在整个切削刃的钝圆和接近钝圆的后刀面处。当在低速切削时,磨粒磨损是刀具的主要磨损形式,然而,随着切削速度的提高,氧化磨损所占比例逐渐增大。已加工表面的弹性回复加剧了后刀面磨损,并影响切削稳定性。      

刀具磨损的偏最小二乘回归分析与建模

简述了偏最小二乘回归方法;对在不同切削条件下车削加工过程刀具后刀面磨损的多组实验数据,采用偏最小二乘回归方法,根据变量重要性指标分析和因子载荷分析,从8个变量及其组合中筛选出了6个用于建模的自变量,并以后刀具磨损量作为因变量,建立了对所选自变量(切削速度V、切削分力的均值F_x、F_y和F_z、分力比值F_y/F_x和F_z/F_x等)的偏最小二乘回归模型;采用建模数据覆盖的切削条件下的实验数据和建模数据未覆盖的切削条件下的实验数据,分别对模型进行了验证.结果表明,采用偏最小二乘回归方法选择的自变量是合理的,所建立的刀具磨损的回归模型可以较满意地计算出不同切削条件下刀具后刀面的磨损量.     

面齿轮车齿加工中切削角度和切削力计算

为了提高面齿轮的加工效率，结合车齿加工圆柱齿轮的方法，提出了一种利用车齿刀加工面齿轮的加工方法。分析了车齿加工的工作原理，建立了加工运动关系模型及车齿加工坐标系，推导了车齿刀切削刃上切削点的切削速度。对车齿刀前后刀面进行设计，建立了切削角度数学模型，分析了刀具切削角度在加工过程中的变化规律。利用VERICUT和DEFORM仿真分析软件对车齿过程进行验证，获得了加工后误差及加工参数对切削力的影响规律。     

加工表面形貌的在线检测及其应用

介绍了一种基于光针法的表面形貌测量装置,它能在线测量加工工件圆周方向的波纹度和轴向表面轮廓形貌,其垂直分辨率为0.02～0.10μm,横向分辨率为30～50μm。切削试验表明,该装置能够在线识别刀具上的积屑瘤、切削过程中的颤振和刀具磨损对加工表面形貌的影响。     

钛合金TB6铣削加工硬化实验

研究了使用涂层硬质合金刀具对钛合金TB6进行端铣加工时,铣削参数以及刀具后刀面磨损量对加工硬化（表面硬化率、硬化层深度以及硬化层硬度分布）的影响,以弄清TB6铣削硬化现象及机理.结果表明,在实验参数范围内,刀具无磨损的情况下,硬化率基本保持在107%~112%范围内,硬化层深度范围为18~36 μm;铣削速度增加时,加工硬化程度会有较为明显的降低现象,而进给量与切深对加工硬化的影响并不明显;刀具磨损对加工硬化的影响较为显著,后刀面磨损量低于0.2 mm时,硬化层深度随着磨损增加从30 μm增加至55 μm,而后刀面磨损量为0.35 mm时,硬化层深度达到了130 μm.刀具磨损后在加工表面下较浅位置出现软化区域,而且随着磨损量的增加,软化越来越明显.      

鼓形刀宽行刀位优化纬线分割算法

为便于鼓形刀定位和姿态调整,结合最短距离线对思想,将刀具沿纬度方向进行离散.为使刀具更好地适应工件的曲率分布,实现广域曲率分布吻合,采用单点切触方法,在加工曲面一定范围内寻求最佳切触点,以达到最大切削行宽;分别采用等参数和等波高2种刀位优化算法,编制了程序;通过实例验证了新算法在避免干涉并获得最大行宽、以及实现等参数和等波高刀轨排列方面的有效性.该技术对于提高航空复杂曲面结构件的加工效率和加工质量具有重要意义和广泛的应用前景.      

高强钢铣削中微量润滑技术效果的试验分析

为了验证微量润滑技术对刀具磨损及工件表面粗糙度的影响,研制出一套微量润滑系统,利用压缩气体流经的截面变小所产生的压强差来吸取箱体中的液体,并传输到喷嘴进行雾化.将其应用在高强度钢铣削加工中.试验结果表明:相对于干切削和传统浇注冷却,微量润滑技术具有明显的优势,它可有效地减小刀具磨损,并将工件表面粗糙度控制在较低的水平,尤其在高转速、大切深、快进给加工中,同时其还具有结构简单、冷却液用量小、对环境污染小等优点.对试验结果进行了初步分析.     

用反圆环面刀加工变曲率过渡曲面原理

基于宽行加工理论和广域曲率吻合原则,提出一种利用圆环面内侧作为刀具工作面的反圆环面刀具宽行加工叶片进排气边的新方法.该方法通过优化刀具摆角使具有定母圆半径刀具工作面的包络面充分逼近叶片进排气边曲面,从而使刀具能在给定的精度范围内以最大行宽和最少刀轨行数加工出进排气边.最后,以某型号发动机叶片的进气边为例进行了加工实验.结果表明该方法能够大幅提高进排气边的加工质量,且反圆环面刀的加工行宽比球头刀提高了5倍.     

Principle of machining variant with counter curvature blending surfaces torus cutter

基于宽行加工理论和广域曲率吻合原则,提出一种利用圆环面内侧作为刀具工作面的反圆环面刀具宽行加工叶片进排气边的新方法.该方法通过优化刀具摆角使具有定母圆半径刀具工作面的包络面充分逼近叶片进排气边曲面,从而使刀具能在给定的精度范围内以最大行宽和最少刀轨行数加工出进排气边.最后,以某型号发动机叶片的进气边为例进行了加工实验.结果表明该方法能够大幅提高进排气边的加工质量,且反圆环面刀的加工行宽比球头刀提高了5倍.     

钛合金TB6侧铣表面完整性实验

使用表面完整性基本评价方法对TB6钛合金侧铣后试件的表面完整性（表面形貌、表面粗糙度、加工硬化）进行研究.结果表明,对表面形貌影响最明显的因素是每齿进给量f_z,过大的f_z会使已加工表面出现鳞刺现象.f_z是影响已加工表面进给方向粗糙度的最主要因素,随着f_z从0.06 mm/z增大到0.12 mm/z,表面粗糙度R_a会由0.283 μm显著增加到0.964 μm.线速度v_c,f_z和径向切深a_e的变化对刀轴方向粗糙度影响很小.而刀具的后刀面磨损是影响已加工表面刀轴方向粗糙度的主要因素,极轻微的后刀面磨损都会导致刀轴方向粗糙度明显增加,随着后刀面磨损量V_B由0增加到0.025 mm,刀轴方向粗糙度由0.22 μm剧烈增加到0.686 μm.侧铣过程中TB6的加工硬化现象不严重,表层组织没有明显变质层产生,晶粒也没有出现明显的拉伸、扭曲或破裂.      

基于铣削力的刀具磨损监控研究

以铣削实验为基础,分析了铣削力中包含的与刀具磨损状态有关的频谱特征,分析了切削用量对切削力功率谱的影响,对比了切削力各分量的特征对刀具磨损状态的反映.从对铣削力功率谱的分析中得出:径向力功率谱对刀具磨损状态更敏感,其中有与刀具磨损状态密切相关的特征频段,而切削用量对该特征频段的影响不明显;还通过对切削力的时域分析,讨论了铣削力中径向力和切向力的分力比值对刀具磨损状态的反映.     

数控加工中等高线刀具轨迹的生成

针对高质量的等高线高速加工要求,设计并实现了数控加工中、根据刀位面及其Zmap模型计算等高线刀具轨迹的原理和算法.该算法充分考虑了刀位面Zmap模型的特点,能确保刀具轨迹始终处于顺铣状态,从而保证了良好的加工工艺性.算法稳定性好,计算速度快,并已在商品化软件CAXA-ME中成功实现.      

高温合金微量润滑振动钻削温度与刀具磨损

为了解决高温合金钻削温度高、刀具磨损快的问题,采用微量润滑的振动钻削加工方法,从换热机制角度对振动钻削的降温机理进行分析,并进行振动钻削和普通钻削对比实验.结果表明:微量润滑普通钻削的最高测量温度达到了110℃且温度随钻削深度、钻孔个数的增加而升高,而振动钻削的测量温度为55℃左右且随削深度、钻孔个数的增加增长缓慢;普通钻削刀具磨损量达到0.5 mm且随钻孔个数的增加磨损加剧,振动钻削刀具磨损量只有0.22 mm且磨损量增加缓慢.     

A longitudinal & longitudinal-torsional vibration actuator for rotary-percussive ultrasonic planetary drills

Ultrasonic drills, which can sample rocks using a lower weight on bit and lower power, are more suitable for sampling on a minor planet than conventional drills. To remove cutting chips and improve drilling efficiency, rotary-percussive ultrasonic drills (RPUD) drive drill tools for rotary-percussive motion. This paper proposes a novel longitudinal & longitudinal-torsional (L-LT) actuator, which is composed of a stepped horn, a piezoelectric stack, and a longitudinal-torsional (LT) coupler, for the RPUD. The horn magnifies the longitudinal vibration on the front surface of the piezoelectric stack, which is clamped between the horn and the LT coupler, and impacts the drill tool. The LT coupler transforms the longitudinal vibration on the back surface into longitudinal-torsional vibration, which generates elliptical movements that drive the rotor to rotate. Then, the rotor drives the drill tool to rotate. A method of adjusting the displacement amplitudes of the horn and the driving tips is discussed. The prototype achieved a maximum speed and torque of 193?r/min and 0.065?N$·$m, respectively. The maximum drilling speed through sandstone under a weight on bit of 5?N was 13?mm/min.     

基于主元分析和BP神经网络对刀具VB值预测

对声发射信号进行5层小波分解提取6个频段的能量值,把它与切削速度、切削深度、进给量和切削时间一起作为刀具状态的特征向量.通过主元分析进行降维、消除特征向量间的相关性后,把得到的主元作为BP(Back Propagation)神经网络的输入向量.BP神经网络应用改进的LM(Levenberg-Marquart)算法进行学习,利用输入向量对网络进行训练后,实现对刀具后刀面磨损量VB的预测.实验结果显示:基于主元分析和LM算法改进的BP神经网络建立的预测系统,网络输出与实测VB值的误差0.03以内;根据预测VB值的范围可判别出刀具的不同状态.      

Gram-Schmidt回归及在刀具磨损预报中的应用

多元线性回归是一种应用广泛的统计分析方法.在实际应用中,当自变量集合存在严重多重相关性时,普通最小二乘方法就会失效.为解决这一问题,利用Gram-Schmidt 正交变换,提出一种新的多元线性回归建模方法——Gram-Schmidt回归.该方法可实现多元线性回归中的变量筛选,同时也解决了自变量多重相关条件下的有效建模问题.将该方法应用于机械加工过程中刀具磨损的预报分析,有效地进行了变量筛选,并得到了解释性强同时拟合优度也很高的模型结果.      

面铣刀正交车铣加工切屑厚度的计算方法

切屑厚度的求解是进一步研究切削过程机理以及实现加工过程仿真的基础.针对面铣刀正交车铣加工过程进行了研究,通过对刀刃轨迹进行简化,推导了计算几种不同形状面铣刀切屑厚度的统一公式,并结合几组具体实例与通过数值方法求得的切屑厚度进行了对比.最后,应用所建立的切屑厚度计算公式实现了对正交车铣加工切削力的仿真,并在车铣复合机床上进行了实验验证.对比仿真实例及切削力实验结果显示所给出的切屑厚度计算模型具有良好的精度和较高的计算效率.同时,统一的表达形式也使得所提出的方法适合于正交车铣加工过程通用仿真软件的开发,具有较大的工程应用价值.