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大螺距螺杆精车削过程瞬时切削力的预测研究

大螺距螺杆精车削过程瞬时切削力的预测研究

作者：李超哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

高进给切削在以大螺距螺杆为代表的大型装备关键零部件高效切削加工中应用广泛。企业生产中采用中、小螺距工艺,在加工过程中因轴向长度大、切削载荷突变、强烈震动引起刀具磨损、破损、服役性能劣化和加工工艺系统的强烈振动,无法完成... 详细信息

高进给切削在以大螺距螺杆为代表的大型装备关键零部件高效切削加工中应用广泛。企业生产中采用中、小螺距工艺,在加工过程中因轴向长度大、切削载荷突变、强烈震动引起刀具磨损、破损、服役性能劣化和加工工艺系统的强烈振动,无法完成大螺距螺杆长行程的高品质加工。而在大螺距螺杆加工中瞬时的切削力是评价加工工艺的基础和决定螺杆工作面质量的主要因素。本文从机床加工系统角度出发,将大螺距精螺杆加工过程刀具的瞬时振动分解为机床进给系统自身结构对刀具振动的影响和理论切削力作用下对刀具振动的影响。对车削大螺距螺杆精加工过程左、右瞬时切削力进行了预测研究。首先,对大螺距螺杆加工系统进行结构划分,确定机床进给系统-刀具中影响刀尖点振动的结合面。利用RCSA将机床刀具-进给系统所划分的子结构进行耦合,得到机床未切削时机床自身结构对刀尖点振动的影响。其次,利用Deform仿真软件得到大螺距螺杆在精加工过程中不同轴向去除量的左、右瞬时切削力。通过MATLAB软件对得到的左、右瞬时切削力进行函数拟合,构建大螺距螺杆精加工过程中左、右理论切削力方程。然后,利用悬臂梁模型和理论论学的计算方法得到理论切削力作用下的大螺距螺杆左、右切削时的刀具振动。根据对所建立的左、右切削层参数模型的分析,得到车刀在实际切削中轴向去除量的瞬时变化。最后建立了大螺距螺杆在实际精加工过程中左、右瞬时切削力方程。最后,为验证所建立的大螺距精加工过程中左、右瞬时切削力方法的准确性。对不同材料、不同螺距、不同外径的大螺距螺杆进行了精加工车削实验验证。以其中两组切削参数为例,将获得的左、右瞬时切削力数据与预测的左、右瞬时切削力数据进行比较。对比的结果表明:所建立的大螺距螺杆精加工过程中左、右瞬时切削力公式的数值与车削实验获得的数值误差值较小。从而验证了所建立的大螺距螺杆精加工过程中瞬时切削力方法的准确性。本文经过对大螺距螺杆精加工过程中左、右瞬时切削力预测分析及研究,为大螺距螺杆加工过程中分析工件表面质量和刀具磨损的研究提供了基础,同时为实际加工大螺距螺杆提供了理论指导。

关键词：进给系统响应耦合法瞬时切削力轴向去除量

PBX炸药模拟材料正交切削的切削力响应规律

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含能材料 2020年第2期28卷 151-156页

作者：谢凤英张中伟黄交虎刘维肖才伟中国工程物理研究院化工材料研究所

为了分析炸药材料切削加工过程中切削力响应规律及加工特性,采用低速正交切削试验的方法,结合显微摄像、三向测力仪和三维表面轮廓仪表征测试,分析高聚物粘结炸药(PBX)炸药模拟材料瞬时切削力特性,研究PBX炸药模拟材料的切削过程中切削... 详细信息

为了分析炸药材料切削加工过程中切削力响应规律及加工特性,采用低速正交切削试验的方法,结合显微摄像、三向测力仪和三维表面轮廓仪表征测试,分析高聚物粘结炸药(PBX)炸药模拟材料瞬时切削力特性,研究PBX炸药模拟材料的切削过程中切削力响应规律及其关键影响因素。结果表明,不同的切削深度PBX炸药模拟材料的动态切削力变化规律不同,切深为0.1 mm时的切削力峰值变化主要由颗粒切屑成型引起,切屑呈蜷曲喷射状,切削力曲线呈微细锯齿状动态特征变化,切深为0.3 mm和0.5 mm时的切削力峰值主要由材料脆性断裂裂纹扩展引起,切削力呈周期性的大锯齿特性变化,fz在过切凹坑处降至零。fx标准偏差在0.4 mm切深处产生显著变化,反映了炸药模拟材料切削状态由连续去除到脆性去除的转变。低速正交切削下,切削宽度对切削力影响大于切削速度对切削力的影响,切削速度对切削力的影响较小。

关键词：炸药模拟材料正交切削瞬时切削力切削深度切削力响应

环形铣刀在五轴加工中的基于切削力模型的位姿优化

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机械工程师 2016年第8期 40-43页

作者：杨振玲杜娟闫献国智红英太原科技大学太原030024

在五轴加工中,由于刀具位姿的不断变化,在每一个刀触点时工件所受的切削力也是不断变化的。为了能够在动态切削时实时检测工件所受的力,首先对环形铣刀的瞬时切削力进行了几何建模,接着建立了瞬时切削力与环形刀具在每一时刻的刃倾角和... 详细信息

在五轴加工中,由于刀具位姿的不断变化,在每一个刀触点时工件所受的切削力也是不断变化的。为了能够在动态切削时实时检测工件所受的力,首先对环形铣刀的瞬时切削力进行了几何建模,接着建立了瞬时切削力与环形刀具在每一时刻的刃倾角和侧偏角之间的关系模型;从而在五轴加工中可以通过调整刀具位置姿态来控制铣刀对工件的力,避免切削干涉和工件变形的发生。

关键词：环形铣刀动态切削瞬时切削力五轴加工

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基于轴向位置的振动钻削切削力计算

工具技术 2012年第12期46卷 21-24页

作者：李巧英张平宽太原科技大学

轴向振动钻削提高了难加工材料的加工性能,但是至今还没有一套成熟的理论体系,能系统说明振动过程机理,对切削力的公式也没有形成一致的观点和方法。本文通过对轴向振动钻削工艺参数分析的基础上,对实际钻削加工区段分两部分进行计算,... 详细信息

轴向振动钻削提高了难加工材料的加工性能,但是至今还没有一套成熟的理论体系,能系统说明振动过程机理,对切削力的公式也没有形成一致的观点和方法。本文通过对轴向振动钻削工艺参数分析的基础上,对实际钻削加工区段分两部分进行计算,并利用轴向位置方法,建立了一套可以针对不同材料加工要求的瞬时切削力与各参数的关系模型。

关键词：轴向振动钻削轴向位置切削面积瞬时切削力

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车削大螺距螺纹刀具振动磨损模型研究

车削大螺距螺纹刀具振动磨损模型研究

作者：李军委哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

大螺距螺纹件作为重型设备的关键部件,起着传递扭矩和精度的作用,其螺纹面有很高的精度和可靠性要求。而在企业生产中车削大螺距螺纹时,刀具因螺距大、长径比高、切削载荷易发生突变而引起刀具磨损加剧、服役性劣化以及工艺系统强烈振动... 详细信息

大螺距螺纹件作为重型设备的关键部件,起着传递扭矩和精度的作用,其螺纹面有很高的精度和可靠性要求。而在企业生产中车削大螺距螺纹时,刀具因螺距大、长径比高、切削载荷易发生突变而引起刀具磨损加剧、服役性劣化以及工艺系统强烈振动,无法完成大螺距螺纹长行程的高品质。而大螺距螺纹加工中刀具的振动磨损模型可以作为评价加工工艺的基础和提高螺纹面质量的方法。本文考虑到振动属于动力学系统,而刀具磨损属于摩擦学范畴,两者难以直接建立关系,引入过程量切削力,其中切削力变化即为振动作用影响结果也是刀具磨损的直接原因,由此建立大螺距螺纹刀具振动磨损模型。首先,通过材料力学中的简支梁结构对刀具进行简化即悬臂梁模型,提出刀具振动位移理论模型,依据刀具左右刃车削螺纹件时的受力分析,搭建基于振动位移作用下的左右刃瞬时切削力模型。其次,为验证切削力模型进行大螺距螺纹切削实验;利用振动加速度信号对刀具振动位移理论模型进行修正,其中通过MATLAB中的小波包分析来处理实验结果以此获得刀具振动,对处理后的振动加速度信号进行曲线拟合求取刀具振动位移数学模型;依据切削力实验进行左右刃瞬时切削力模型验证,构建振动作用的不同切削速度和轴向进刀量瞬时切削力模型并验证。然后,为了揭示出大螺距螺纹精加工过程中左右刃的切削力与后刀面磨损量之间的关系,进行左右后刀面磨损实验,通过扫描电镜能谱分析确定刀具磨损形式为磨料磨损和粘结磨损,提出后刀面磨损量测量方法,通过BP神经网络方法建立基于左右刃切削力的后刀面磨损预测数学模型。最后,联立基于振动位移作用下的瞬时切削力模型和切削力的后刀面磨损量数学模型,迭代获得大螺距螺纹刀具振动磨损模型来描时域内振动与磨损的关系,并进行实验对模型进行验证,结果表明该模型具有准确性。本文经过对大螺距螺纹精加工过程中左右刃振动磨损模型,为大螺距螺纹螺纹加工中分析刀具磨损预测和工件表面质量的研究提供了支持,同时为企业加工大螺距螺纹提供了理论指导。

关键词：大螺距螺纹切削振动瞬时切削力刀具磨损

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车削大螺距螺纹系统动柔度测试方法

哈尔滨理工大学学报 2020年第5期25卷 100-105页

作者：李哲李景帅付祥夫李军委王秀瑞周亚栋哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080

车削大螺距螺纹精加工过程中,系统振动引起了刀具与工件接触关系的瞬时变化,刀工接触关系的轴向变化造成切削层厚度的变化,是瞬时切削力的产生原因。采用振动位移与瞬时切削力之间的比值来描述系统动柔度,表征大螺距螺纹系统稳定性;通... 详细信息

车削大螺距螺纹精加工过程中,系统振动引起了刀具与工件接触关系的瞬时变化,刀工接触关系的轴向变化造成切削层厚度的变化,是瞬时切削力的产生原因。采用振动位移与瞬时切削力之间的比值来描述系统动柔度,表征大螺距螺纹系统稳定性;通过利用MATLAB软件中的小波包分解和重构、小波包降噪和曲线拟合等方法来处理振动和切削力信号。该获取系统动柔度的方法可以快速准确地表示振动位移与瞬时切削力之间的关系,评判本次切削行程内的系统稳定性。

关键词：大螺距螺纹系统动柔度瞬时切削力车削振动