陈建满[1]2002年在《高速铣削表面形貌的仿真与实验研究》文中认为高速切削技术已经应用到了很多制造业领域内，而对于其基本的加工机理等本质问题尚未完全弄清楚。本文重点是对高速铣削加工表面形成进行了仿真、实验和理论研究。具体研究工作如下： ◇高速铣削几何仿真研究。从几何上考虑了刀尖圆弧半径、每齿进给量、切削速度、铣刀刀齿数、刀片刀尖高度差等因素对表面形成的影响，并建立了其几何模型的数学公式。 ◇塑性流动对表面形貌的影响研究。通过金属切削原理，考虑了金属塑性流动对表面形貌影响；并且假设了侧向塑性流动产生的金属为叁角形形状，根据其模型推导出计算塑性流动产生的叁角形金属高度的公式。 ◇高速铣削的实验研究。通过涂层硬质合金刀具高速铣削45#钢来研究高速铣削已加工表面形貌。 ◇理论分析表面形貌研究。通过对实验测得的各种数据结果进行分析每齿进给量、切削速度等等因素对表面形貌的影响趋势。
刘畅[2]2015年在《基于多传感器信息的精铣表面形貌在线监测理论方法研究》文中进行了进一步梳理航空航天制造业水平代表着一个国家高精尖制造领域加工技术发展的最高标杆,其中关键零部件的加工表面质量对其机械使役性能起着关键性作用,而加工状态的异常会严重影响零件表面质量。国内虽然引进了大量的精密数控装备,但是还没有成熟的对加工过程的在线监测控制来提高零件表面质量的研究应用。为了突破这些技术瓶颈,有必要建立精密加工零件表面质量在线监测的理论方法,以期做出及时的控制策略,有效提高零部件的加工质量,保证其使役性能。本文以精铣加工工艺和航空航天制造中广泛应用的铝合金Al7075-T6为研究对象,在借鉴和吸收国内外先进研究成果的基础上,对铣削加工及典型过程特征(表面形貌、表面偏差和颤振)机理进行了深入研究,创新的提出了基于多传感器信息对加工过程中的动态影响因素(刀具变形、刀具振动)进行实时表征和建模的思想,以此为基础建立了系统的精铣表面形貌建模及在线监测的理论和方法:基于实时动态切削力信号实现全加工路径下的刀具变形建模;基于电涡流传感器信号实现刀具振动的表征;基于Hermit-Fzero算法实现动态因素离散量的连续化建模及表面形貌的数值仿真;搭建精铣加工表面形貌在线监测综合实验平台,验证了基于多传感器信息的表面形貌预测及在线监测理论的正确性;提出了基于频域搜索策略的颤振状态实时在线监测方法,实现了多阶颤振频率及颤振严重性的在线辨识,并提取表面形貌特征对在线监测算法的有效性进行了验证分析。主要研究工作及成果如下:针对传统刀具变形建模中由于采用预测切削力及其将切削力沿轴向切深平均化处理所引起的误差,本文提出了考虑实际切削过程中动态切削力信号的全加工路径刀具变形模型。由于铣削过程的断续加工特性,完整加工路径下切削力信号是有效切削域和非有效切削域交替进行,而理论切入切出角模型很难准确定义实际加工中切削力信号的有效切削域,本文提出了基于K-S(Kolmogorov-Smirnov)检验的概率分布算法对全加工路径下切削力信号的有效切削域进行标定。基于切削微元思想,建立了瞬时切削厚度的轴向离散分布权重模型,从模型的角度清楚的揭示了铣削加工切入切出的冲击现象,并基于瞬时切厚权重模型对标定的动态切削力信号进行离散化分布建模。将铣刀简化为阶梯状悬臂梁结构,基于切削力离散化分布模型和悬臂梁理论得到全加工路径下刀具变形的离散矩阵。基于电涡流传感器信息对工况下的刀具振动进行表征,得到刀具振动的离散量。因为理想切削刃轨迹方程是以转角为变量的连续化模型,因此本文提出了基于分段叁次Hermit算法对刀具变形和刀具振动离散量进行连续化建模,然后将其耦合加载到切削刃轨迹方程中得到铣削表面形貌创成模型。该模型具有开放接口,可以实现任意加工过程动态因素在表面形貌的准确加载。提出了基于Fzero的表面形貌数值仿真新算法,精确得到工件表面任意一点的形貌高度值。该算法的主要优点是无需对刀齿和工件进行网格划分,同时可以实现数值仿真的自动寻解,为表面形貌的在线监测提供方法支持。为了验证上述模型及数值仿真算法的正确性,构建了基于多传感器的精铣加工表面形貌在线监测平台,考虑主轴转速、进给率、径向切深叁因素设计了全参数变化的铣削加工实验。鉴于传统单一的验证指标对复杂加工表面形貌表征的不客观性,提出了宏观尺度特征(进给表面轮廓、轴向表面轮廓、进刀痕迹间距、单位长度波纹数、纹理倾斜度)和细节尺度特征(均方根误差、偏度、峭度)的表面形貌综合验证体系,仿真模型和实验结果很好的吻合。定性分析了各切削参数对表面精度的影响规律。在上述的研究工作的基础上,本文创新性的提出了基于多传感器信息的表面形貌在线监测的概念,即沿进给方向的全加工路径表面轮廓在线监测和沿轴向切深方向的表面偏差在线监测,并通过实验验证了可行性。最后,分析了各切削参数对表面偏差的影响,为精密加工表面质量优化提供了理论和方法依据。表面形貌是动态切削过程的最终呈现,通过提取表面形貌特征可以对颤振加工解释分析,以此对颤振状态进行实时在线监测。首先考虑热力耦合特性和材料特性对斜角切削机理参数进行了解析建模,基于斜角切削微元实现了铣削力系数的辨识,从斜角切削和铣削实验两方面验证了模型的正确性,同时基于斜角切削模型揭示了切速增加导致切削力下降的根本原因。基于全离散时域法对颤振稳定性进行了预测,考虑轴向切深和主轴转速建立了30组铣削实验对颤振稳定性进行验证分析。通过对颤振加工表面形貌的影响性分析,提出了通过表面形貌特征(振纹间距)的颤振状态的客观判据,解决了通过声音和信号幅值等经验判据带来的不确定性。通过对振动信号的相关频域分析,确定了颤振的主要作用频率范围是2000Hz以上。为了保证颤振控制策略选取的及时性,在确定颤振主要作用频率范围的基础上,建立了基于频域搜索策略的颤振状态实时在线监测方法,同时可以准确实现多阶颤振频率的在线辨识。通过和表面形貌特征离线辨识得到的颤振频率进行比较分析,验证了在线监测算法的有效性。最后提出了基于频域能量比的颤振严重性识别的特征指标。
郑小娟[3]2015年在《五轴高速铣削表面的形貌分析与工艺优化》文中研究指明高速切削与五轴联动加工技术已经得到广泛的应用,并成为加工制造领域的研究热点。近年来相关研究多集中在刀具路径的规划方面,而针对五轴加工零件的表面形貌研究仍涉及较少。本文针对五轴高速铣削加工的特点,对工件的表面形貌特征展开定性定量研究。根据五轴高速切削表面形貌的生成机理,确定关键影响因素并建立仿真模型,探寻获得特定表面形貌特征的途径与方法。论文的主要研究内容如下:1.针对五轴高速铣削的研究进展,论述现阶段制造业对五轴加工的应用状况及需求展望,提出五轴加工零件的表面形貌的评定要求,探索建立五轴加工参数与表面形貌参数之间的映射关系的途径,确定五轴高速铣削表面形貌研究的方向。2.在五轴高速铣削条件下,通过叁维表面形貌仪对工件表面形貌测量结果进行分析,结合Talysurf_CLI1000表面形貌测量中的图像与数值结果,依据ISO25178中对纹理特征和表面粗糙度相关特征的定义,重新描述五轴高速铣削表面的形貌特征。3.研究常用刀具加工五轴自由曲面时表面形貌的形成机理。对比分析球刀和圆鼻刀的结构特征和铣削过程,基于刀刃扫掠方式建立球刀五轴高速铣削的叁维表面形貌仿真模型,并通过正交实验验证确定铣削深度是最主要影响因素,其次是铣削宽度。4.研究圆鼻刀在五轴自由曲面中的应用,通过实际铣削速度的预测模型确定刀具姿态、最大残留高度、进给速度与表面形貌之间的关系,并通过正交实验确定刀具前倾角是表面形貌的主要影响因素。5.对比仿真模型的计算结果与实验结果,总结在实际表面上获得所需表面形貌的方法以及刀具路径规划和切削参数的设定方案。
焦可如[4]2016年在《SiCp/Al复合材料薄壁件高速铣削机理实验研究》文中研究表明高体分SiCp/Al复合材料具有高的比强度、比模量、热导率和耐磨性,低的热膨胀系数,在航空航天、光学精密仪器、电子、先进武器等高科技领域具有很好的应用前景。由于SiC颗粒增强相和Al合金基体相截然不同的力学特性,使其加工较单纯的金属材料或脆性材料更为困难,加工机理也更为复杂。特别是SiCp/Al复合材料薄壁件同时还具有刚性差,在切削力和切削热的作用下极易发生变形和振动等问题,加工质量难于保证。同时,SiC颗粒周围应力分布不均匀,在切削加工中易造成应力集中、产生裂纹、损伤等。因此,研究高体分SiCp/Al复合材料薄壁件高速铣削的切削加工机理及变形、损伤有着重要的理论和实际意义。本文在对SiCp/Al复合材料高速精密加工研究发展状况进行较为全面的综述分析基础上,应用理论分析和实验研究相结合的方法对高体分SiCp/Al复合材料薄壁件高速精密铣削的表面形成及表面质量、切削力变化特征及影响因素、切削温度及温度场、加工变形及损伤等进行了深入系统的研究,主要研究内容和成果如下:(1)研究了SiCp/Al复合材料薄壁件的切削加工表面形成机理,提出了顺铣、逆铣两种铣削方式下SiCp/Al复合材料薄壁件的表面形成机制及表面微观和宏观形貌特征;研究提出了高速铣削SiCp/Al复合材料的切屑形态特征及形成机理;分析提出了高速铣削SiCp/Al薄壁件已加工表面的缺陷特征及形成机理;研究提出了高速铣削SiCp/Al复合材料薄壁件已加工表面粗糙度的变化特征及铣削方式、切削用量和刀具几何参数对薄壁件不同部位已加工表面粗糙度的影响规律。(2)针对SiCp/Al复合材料薄壁件的特点,研究提出了在切削全长,中部径向铣削力较两端要大的切削力变化特征;研究了铣削方式对切削力的影响,指出逆铣方式下的切削力均大于顺铣;研究提出了切削用量、刀具几何参数和切削路径对薄壁件切入部、切削中部和切出部铣削力的影响规律;对铣削力的时域和频域特点进行了分析,指出刀齿切入频率在力频谱中起主导作用,切削过程稳定无振颤。研究结果为减小切削变形,优选切削用量提供了理论和实验依据。(3)研究了铣削方式、切削用量和刀具几何参数对SiCp/Al复合材料薄壁件各部位切削温度及温度场分布的影响。提出了顺铣和逆铣两种铣削方式下切削温度及温度场在切削过程中的变化规律和特征;提出了铣削速度、进给量、径向切深对铣削过程中工件和刀具表面温度的影响规律;提出了前角和刃倾角对切削温度的影响;为减小高体分SiCp/Al复合材料薄壁件加工热变形及工艺参数的合理选择提供了理论指导。(4)研究了高速铣削SiCp/Al复合材料薄壁件的弹性变形特征及加工损伤机理。得到了切削速度,进给量和径向切深对铣削过程中工件弹性变形的影响规律;提出了高速铣削高体分SiCp/Al薄壁件时内部损伤、边界缺损和边缘过切的特征和产生机理。指出内部损伤主要由基体的延性破坏、增强相的破裂和增强体在界面处脱粘等裂纹扩展形成;边界缺损主要是由于切出端对切削层材料支撑强度下降,切削层材料连同工件边缘本体一起沿负剪切角方向剪切滑移形成;在工件的切入端和切出端存在明显的过切现象,由于刃倾角为正顺、逆铣过切的形态不同;研究结果为减小SiCp/Al复合材料薄壁件的加工变形和损伤的抑制提供理论指导。
王阳俊[5]2012年在《SiCp/Al复合材料高速铣削表面质量及刀具磨损研究》文中进行了进一步梳理SiCp/Al复合材料由于具有高比刚度和高比强度的优点,在航空航天及汽车领域应用广泛。作为加工该类材料的主要手段--切削加工方法存在刀具磨损严重及加工表面质量差的问题,严重影响了该材料的实际应用。由于涉及到高新技术等敏感领域,国内外极少文献涉及中高体积含量的SiCp/Al复合材料切削加工技术的研究。因此针对SiCp/Al复合材料切削加工在中存在的问题,对该材料的高速铣削技术展开相应的研究,对推动SiCp/Al复合材料的进一步应用具有十分重要的意义。刀具磨损是该类材料加工的瓶颈问题,也是实现该类材料高速铣削加工的基础。本文通过SiCp/Al复合材料高速铣削刀具磨损实验,研究了不同种类刀具的磨损形态及磨损机理,并以此为基础确定了刀具磨损的评价标准,进而依据切削参数对刀具磨损的影响规律,选择PCD刀具进行SiCp/Al复合材料高速铣削加工实验,最后通过建立SiCp/Al复合材料高速铣削过程中PCD刀具的破损机理模型,给出了临界破损切削速度的概念,为SiCp/Al复合材料高速铣削过程切削速度选择提供了依据。加工表面缺陷严重影响加工表面质量,研究SiCp/Al复合材料高速切削加工表面缺陷类型及形成机理是提高加工表面质量的关键。本文通过建立SiCp/Al复合材料切削过程的两相混合模型,揭示了加工表面缺陷的形成机理,并指出界面破坏和颗粒的脱落、耕犁等行为是形成加工表面缺陷的原因,而后通过切削实验与检测确定了已加工表面存在小凹坑、大孔洞、犁沟及颗粒凸起等缺陷类型与几何特征。最后针对加工表面缺陷的几何特征,通过基于提升小波理论的缺陷识别算法对加工表面大孔洞缺陷进行了识别与重构,为进一步研究加工切削参数对加工表面缺陷的影响规律奠定了基础。SiCp/Al复合材料高速铣削加工表面存在周期性的刀具进给痕迹与随机的加工表面缺陷,采用合理的表面形貌表征方法与表征参数才能客观地评价该加工表面质量。本文从二维粗糙度参数Ra数值不稳定的现象出发,通过分析二维粗糙度表征方法的适用性,指出在进给量较小情况下,加工表面缺陷是影响加工表面粗糙度的主要原因,而后通过角功率谱方法证实加工表面纹理趋于各向同性。在此基础上,对叁维表面粗糙度的评定基准面及表征参数进行了研究,结果表明:采用最小二乘基准平面可以客观的获取该加工表面的叁维粗糙度轮廓,同时表面轮廓幅值均方根偏差Sq具有数值稳定性。为了全面评价该种材料加工表面质量,选择Sq与大孔洞缺陷平均深度Hk建立了该种材料表面质量的表征参数体系。SiCp/Al复合材料高速铣削加工表面质量与切削参数的选择密切相关。本文通过SiCp/Al复合材料高速铣削的正交试验,明确了各切削参数对加工表面表征参数的影响程度,在此基础上进行了单因素实验,研究了切削参数对加工表面表征参数Hk及Sq的影响机制,该机制合理地解释了切削参数对大孔洞缺陷平均深度Hk的影响规律,最后以刀具磨损和加工表面质量为目标,对切削参数进行了优选。
董永旺[6]2013年在《模具钢多轴球头铣削过程几何及表面形貌研究》文中提出球头铣刀高速铣削技术以其高效率、高灵活性以及高加工精度等特点,在航空航天、能源动力、模具等制造领域应用广泛。本文针对模具钢的球头高速铣削,通过建立刀具-工件作用区域模型,结合仿真和实验,研究了不同的走刀方式、斜面倾角及切削参数对切屑形成、切削力、切削温度及加工表面质量的影响,为多轴球铣切削参数优化提供理论依据。采用几何解析方法,建立了刀具-工件作用区域模型,求解了球头铣削斜面时不同走刀方式下避免刀尖参与切削的斜面倾角范围。结合球头铣刀刃线结构特点,研究了不同走刀方式下最大有效切削速度随斜面倾角的变化规律。利用计算机辅助造型技术,研究了每个切削周期内刀具-工件接触长度及切屑截面积随刀具转角的变化规律。通过有限元仿真模拟了球头铣削过程中切屑的形成过程。结合实验研究了不同走刀方式及斜面倾角条件下的切屑形态,并发现在切屑顶端由于有效切削速度较大而产生大量切削热,形成了熔融后凝固的球状颗粒。基于对刀具-工件作用区域的分析,结合仿真和实验研究了球头铣削过程中切削力随走刀方式、斜面倾角及切削参数的变化规律,结果表明：每个切削周期内切削力的变化趋势与切屑截面面积随刀具转角的变化趋势完全吻合。研究了走刀方式对工件温度和切屑温度的影响,结果表明：斜坡上坡逆铣时的工件温度和切屑温度均较低。在刀具-工件作用区域、切屑形成过程以及切削力和切削温度的研究基础上,采用铣削实验进一步研究了走刀方式、斜面倾角及切削参数对加工表面形貌的影响。结果表明：斜面倾角增大,隆起和侧流现象减弱,表面质量趋好；表面粗糙度随着径向切削深度和每齿进给量的增大而增大,随着主轴转速的升高而减小；斜坡上坡顺铣倾角为32°的斜面时的表面粗糙度最小。
张为[7]2011年在《高速切削钛合金薄壁件表面完整性及型面变形预测》文中研究表明航空航天制造业作为制造业最重要的组成部分,代表了一个国家最高制造水平和技术实力。现代飞机、航天器等航空航天产品大量采用轻量化的高强度、薄壁零件来降低自身重量,提高发动机的推重比。可以预见,随着航空航天工业的进一步发展,薄壁零件的应用越来越广泛,质量需求也会进一步提高。钛合金具有耐高温、耐腐蚀性好、比强度高等优点,已成为当代飞机和发动机的主要结构材料之一,并且其用量比重呈逐渐增长的趋势。在美国某些军用飞机中,钛合金材料的用量已达40%以上,其中,又以TC4钛合金(Ti-6A1-4V)为代表的α+β相钛合金的应用最为普遍。为了满足零件的使用性能及可靠性,航空航天钛合金薄壁件对已加工表面质量、加工精度及加工效率要求很高。受钛合金材料小变形系数、低导热率、高化学活性及高表面缺陷敏感性等物理性能,以及薄壁结构导致的刚度低、切削振动大、加工工艺性差等因素影响,目前国内此类零件的整体加工水平不高,其中又以零件表面完整性与面形精度问题最为突出,已成为制约航空航天产品研制开发进程的重要瓶颈。高速切削加工技术正以其高效率、高精度、高表面质量等突出优点,已逐步成为美国波音、休斯公司,欧洲空客公司等大型飞机制造企业中钛合金薄壁件的主流加工技术,表现出蓬勃的生机。为此,本文进行如下研究:通过分析钛合金膜盘切削加工表面形成过程,建立了考虑刀具振动的高速切削钛合金膜盘表面形貌模型,进行了表面形貌仿真研究;通过表面粗糙度、表面形貌测试实验,对表面形貌的仿真结果进行验证;在表面形貌建模与仿真基础上,基于遗传算法,以已加工表面粗糙度和切削效率为目标,进行高速切削钛合金膜盘切削参数优化,建立钛合金膜盘切削参数优化及形貌仿真系统。针对钛合金膜盘不同夹紧方式,依据材料力学、弹塑性力学、计算力学,进行了夹紧力、切削力引起的钛合金膜盘型面扭转变形、弯曲变形的力学解析计算,并与有限元仿真结果进行对比分析,实现了不同夹紧方式、夹紧力和切削力作用下钛合金膜盘型面变形精度预测,同时为钛合金膜盘的夹紧方式优化和工装型面设计提供了力学理论基础。将实验测试与数值模拟相结合,研究了已加工表面残余应力变化规律,重点分析了加工过程中残余应力释放引起的变形;通过钛合金材料表面显微硬度的实验研究,获得了已加工表面硬化的评价指标变化范围;进行了表面变质层深度、金相组织、晶格、硬度及微观结构变化的SEM测试与理论分析。通过对上述表面物理性能参数变化规律的理论与实验研究,获得了切削参数对高速切削钛合金表面物理性能的影响规律,为进一步提高钛合金材料、钛合金薄壁件已加工表面质量提供了理论依据与实验数据支持。
李月恩[8]2011年在《模具钢高速球头铣削加工表面质量的研究》文中研究说明高速球头铣削技术广泛应用于型腔模具加工领域,模具加工表面质量关系到产品加工质量与模具的使用寿命。高速球头铣削加工表面形成机理的本质概括为：铣削加工中产生周期性不均匀应力场与温度场耦合作用于弹塑性材料表面,材料表面产生弹性回复以及塑性变形,从而影响工件表面几何精度及变质层的物理力学性能过程。切削参数和刀具位姿等加工参数通过高速球头铣削共同影响加工表面的残余应力、粗糙度以及加工硬化。本文对表面质量的研究综合运用解析、仿真与实验方法,对表面质量预测、优化和控制提出新思路和新方法,依此开发出新算法以适应表面质量预测的需求。本文从金属切削理论出发,针对球头铣削的特点,应用微分几何理论,建立S形刃铣刀切削刃线方程,通过切削力微元模型对球头铣削切削力进行了仿真,分析了其铣削力变化规律；结合球头铣削加工的刀具位姿及运动轨迹特点,实验研究了球头铣削切削力与刀具位姿、主轴转速等加工参数的关系,进一步揭示了球头铣削加工参数对切削力的影响机理和规律。依据高速球头铣削加工特点,研究了球头铣削周期性变化的热载荷与机械载荷对加工表面应力场和温度场的影响,分析了加工表面微观形貌的形成机理,研究了加工变质层的形成规律,进一步揭示了球头铣刀高速铣削加工的表面形成机理。利用无损表面残余应力测试方法,对高速球头铣削加工后的表面残余应力测量,实验发现表面残余应力在走刀路径方向上存在应力“累积效应”；依据H13模具钢高速铣削实验结果,建立了H13模具钢高速加工条件下刀具前倾角和侧偏角与表面残余应力之间的预测模型；通过侧偏角单因素实验给出了一种基于刀-工力简化模型,计算了精加工条件下残余应力极值产生的侧偏角与前倾角组合结果；研究了多轴数控加工条件下的切削参数与残余应力之间的作用机理,揭示了刀具位姿与表面残余应力之间关系,建立了表面残余应力与刀具前倾角的多项式拟合公式,分析了前倾角影响残余应力的规律。从实验角度综合研究了加工参数对高速球头铣削加工表面质量的影响。通过单因素实验以及多因素实验,揭示了切削参数对表面质量的影响规律,给出了多参数对于加工表面质量的影响显着度顺序,分析了各种因素对加工表面质量的影响机理。在实验研究及切削参数对表面质量的影响机理研究的基础上,建立了径向切宽、轴向切深、每齿进给量与前倾角、侧偏角对各种表面质量参数之间的多元线性回归预测模型；结合人工神经网络的研究成果,对比和分析了BP神经网络、多元线性回归预测模型应用于表面质量预测的优缺点,借助“插值”理论和方法,建立了基于多元线性回归与BP神经网络的MLBP预测模型。采用此模型,通过插值预处理预测数据,在不降低预测模型精度的基础上,提高了预测模型的泛化能力和鲁棒性。依据球头铣刀高速铣削加工表面质量形成机理以及表面质量预测方法,编写了一套具有二次开发能力的表面质量预测程序,并对程序进行了软件化。
王海涛[9]2015年在《6061铝合金高速铣削有限元仿真与实验研究》文中提出由于6061铝合金具有很高的强度、良好的可塑性以及耐蚀性,目前被广泛的用在高速列车、飞机等制造业。铣削是铝合金加工中比较常用的方法,而高速铣削由于其具有较高的加工精度和加工效率而被广泛使用。本文通过有限元模拟的方法对606l铝合金的高速铣削过程进行研究,然后对仿真结果进行总结和分析,为后续铝合金加工提供理论分析和技术指导。高速铣削铝合金是一个非常复杂的非线性过程,有限元法是研究这类问题比较常用的方法。本文基于金属材料塑性变形理论、金属材料屈服准则等理论,为建立有限元模型提供依据。同时,分析和研究了外界因素对金属塑性的影响以及对金属切削的有限元仿真进行描述。本文根据铣刀的实际尺寸,通过叁维软件SolidWorks建立铣刀的部分模型,选择Johnson-Cook模型作为6061铝合金高速铣削本构模型,从而为有限元仿真分析提供理论依据。此外,为了得到在不同参数下的工件和刀具受力情况和温度变化情况以及应力应变分布,本文基于DEFORM-3D有限元仿真软件对切削参数四要素设计16组方案进行正交仿真研究。为了进一步对有限元仿真结果进行实验验证,通过改变切削参数和刀具几何参数来进行6061铝合金高速铣削正交实验。实验研究结果表明：模拟结果与实验结果具有良好的一致性,因此说明了有限元仿真的准确性。从实验中获得了叁向铣削力和温度的数据,通过极差分析的方法分析了切削参数对铣削力和温度影响的显着程度以及影响规律。最后,通过做SEM实验观察了铝合金切屑的表面形貌,对比了在不同温度和切削速度下切屑表面形貌,为了获得不同加工条件下铝合金材料的塑性变形程度。
李成锋[10]2007年在《介观尺度铣削力与表面形貌建模及工艺优化研究》文中研究表明近年来,小型化已经成为产品设计与开发的趋势。小型化产品零件的尺寸范围为0.1～10mm,几何特征尺寸在0.01～1mm之间,即属于介观尺度的范畴。目前应用于介观尺度零件制造的主要技术是衍生于微电子技术的微机电系统(MEMS)技术和超精密加工技术。由于MEMS技术存在着难以加工复杂3D形状产品、加工材料有限、相对精度低等种种限制,超精密加工设备体积庞大、价格昂贵、加工成本高、空间及能源消耗大、生产效率低下,因此都不适合现代快速响应制造的要求。将传统的机械加工技术与小型化技术相结合而诞生的微细制造技术,采用小型化的机床系统,可以减少热变形误差,提高响应速度,进而达到较高的相对精度,可加工具有复杂3D形状、任意材料的零件,且设备价格便宜、空间利用率高、能源消耗小,从而大大降低生产成本,是实现介观尺度零件制造的必然选择。本文以介观尺度铣削工艺为研究对象,开展铣削工艺机理及优化研究,旨在为微细制造技术的商业化应用奠定理论基础,指导介观尺度铣削加工过程。在借鉴和吸收国内外先进研究成果的基础上,开发微型叁轴数控铣床系统;以此为实验平台,开展介观尺度铣削机理研究,考虑主轴跳动及间断性切屑成形的影响,将铣削过程划分为以犁切力主导的弹塑性变形阶段和以剪切力主导的切屑成形阶段,建立介观尺度铣削叁维力学模型;将铣刀简化为阶梯状悬臂梁结构,结合切削刃摆线轨迹与铣刀受力过程中的柔性变形,建立介观尺度铣削表面形貌模型;最后,综合考虑铣削表面成形精度和材料去除率,建立铣削工艺优化模型,基于Matlab平台的遗传算法,进行铣削工艺优化研究。主要研究工作如下:(1)微型叁轴数控铣床系统开发重点研究微型叁轴数控铣床系统开发,阐述微型铣床工作台子系统、运动控制子系统、主轴子系统、刀具子系统、动态切削力监测子系统的构成及相互关系,结合加工实例介绍微型铣床切削加工过程,并对机床整体性能、精度控制等方面加以分析及评价。微型叁轴数控铣床系统开发为后续章节的研究打下基础。(2)介观尺度铣削力建模与仿真介观尺度铣削工艺受到尺度效应的剧烈影响,表现出特殊的工艺现象和力学特征。考虑到切削刃摆线轨迹和刀具跳动度的影响,指出介观尺度铣削普遍存在的单齿切削现象,并提出相应的判据和计算名义瞬时切削厚度的模型和算法;结合介观尺度铣削过程特有的、由最小切削厚度引起的切屑不连续现象,建立实际铣削过程中切削厚度累积模型;将铣削过程划分为犁切力主导的工件弹塑性变形阶段和剪切力主导的切屑成形阶段,针对不同阶段建立铣削力模型;在此基础上,开发介观尺度叁维铣削力仿真系统,在自行开发的微型叁轴数控铣床上进行切削实验,验证模型和算法的正确性。该模型克服了直接将传统铣削力模型应用于介观尺度铣削而引起的仿真精度低的缺点,可用于指导铣削加工工艺参数的设计与优化。(3)介观尺度铣削表面形貌建模与仿真为预测给定工艺条件下的铣削表面形貌及加工精度,将微型铣刀简化为阶梯状悬臂梁结构,运用虚位移原理建立柔性铣刀弹性变形模型;将铣刀柔性变形量耦合到切削刃铣削轨迹方程中,建立面向介观尺度铣削的螺旋棒铣刀周铣表面创成模型,并提出介观尺度铣削表面形貌叁维仿真算法;考虑铣削方式、进给率、主轴转速、径向切深等四因素,设计介观尺度铣削正交试验,分析各因素对铣削表面精度的影响,并验证模型的有效性。介观尺度铣削表面形貌建模为铣削工艺优化提供理论基础。(4)面向介观尺度铣削表面精度与加工效率的工艺优化设计介观尺度铣削一方面需要确保较高的加工表面精度,另一方面在实际切削过程中还应尽量提高加工效率。在上述研究的基础上,以铣削表面精度和材料去除率为优化目标,以铣削方式、进给率、主轴转速、径向切深为优化变量,建立面向介观尺度铣削表面质量和加工效率的优化模型,运用遗传算法实现铣削工艺优化。通过与铣削试验结果的比较表明,优化解不仅可以确保预期的铣削加工精度,还可以大大提高材料去除率,减少切削加工时间,从而提高加工效率,降低生产成本。
参考文献：
[1]. 高速铣削表面形貌的仿真与实验研究[D]. 陈建满. 南京航空航天大学. 2002
[2]. 基于多传感器信息的精铣表面形貌在线监测理论方法研究[D]. 刘畅. 天津大学. 2015
[3]. 五轴高速铣削表面的形貌分析与工艺优化[D]. 郑小娟. 华南理工大学. 2015
[4]. SiCp/Al复合材料薄壁件高速铣削机理实验研究[D]. 焦可如. 长春理工大学. 2016
[5]. SiCp/Al复合材料高速铣削表面质量及刀具磨损研究[D]. 王阳俊. 哈尔滨工业大学. 2012
[6]. 模具钢多轴球头铣削过程几何及表面形貌研究[D]. 董永旺. 山东大学. 2013
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