数控铣削加工物理仿真关键技术的研究

加工物理仿真的关键技术是加工过程的参数分析与建模。加工仿真过程是通过仿真模型在仿真环境中运行来实现的,其中物理仿真主要研究的模型有切削力模型、振动模型、表面粗糙度模型、切削过程的温度场模型、刀具磨损模型等。     

Technological Research on Milling of Quench Steel

通过对45号、30CrMnSiA为主的淬火钢(硬度HRC35-50)铣削加工的研究,分析了淬火钢铣削过程中各影响因素,优化了切削参数,确定了适合加工淬火钢的刀具几何参数及材料,明确硬质合金刀具加工淬火钢时,应该采用油雾冷却,为以后的淬火钢铣削加工提供依据和指导.     

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。     

GH4169G整体叶盘阶梯铣削稳定性研究

为解决高强高温合金GH4169G整体叶盘叶片铣削加工不稳定问题,通过有限元分析的方法,分析了沿大径方向(叶片宽度)和轴向(叶身方向)两种逐层铣削方案对加工稳定性的影响,研究了阶梯铣削工艺和传统双面对称铣削工艺对整体叶盘叶片铣削稳定性的影响.结果表明:沿大径方向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度小于实际加工中可能的最大切削深度,主轴转速、切削深度等切削参数选择范围较小;而沿轴向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度大于实际加工中可能的最大切削深度.与传统双面对称铣削工艺相比,阶梯铣削工艺使整体叶盘叶片的刚度得到提高,相同载荷下叶片的最大变形量降低了60%,其前6阶模态频率均较高,加工过程更稳定,加工出的叶片能满足设计要求.      

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.     

基于三阶龙格库塔法的铣削稳定性半解析法预测

针对使用再生颤振理论建立的铣削动力学模型,提出了一种基于三阶龙格库塔法用于预测铣削稳定性的半解析方法.首先,以状态空间方程的形式表示动力学微分方程;其次,利用三阶龙格库塔法推导出传递矩阵;最后利用Floquet理论判断特定切削状态下的稳定性,进而获得铣削稳定性叶瓣图.通过与半离散法的仿真结果进行对比发现,基于三阶龙格库塔法的铣削稳定性求解方法具有更高的预测精度和计算效率.     

太赫兹慢波结构微铣削装置的优化设计及模态分析

为使设计出的微铣削装置满足慢波结构件的制造要求,采用有限元辅助分析的方法,通过床身结构优化、减重设计、增加隔振垫等处理,完成对微铣削装置的优化设计.通过对主轴夹持装置的结构参数优化完成主轴夹持装置的优化设计.选取隔振垫弹簧阻尼刚度作为变量,进行模态仿真,研究其对机床频率的影响.结果表明优化后的机床总体变形量下降到2.274μm、最大应力降低到0.69MPa,远小于方钢的屈服极限、一阶固有频率提升至173.12Hz,各阶固有频率特性均得到改善.     

基于微小型机床的微细铣削力实验研究

在自行开发的三轴联动微小型铣床上,对铝合金材料2A12进行了微细铣削力实验.采用单因素方法,研究了微细槽铣时主轴转速、轴向切削深度、每齿进给量对切削力的影响,以及微细顺铣和逆铣时径向切削深度对切削力的影响,并对切削力信号进行频谱分析.