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钛合金框架类零件铣削用立铣刀设计与应用研究进展

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机械工程学报 2023年第23期59卷 283-309页

作者：李明星岳彩旭刘献礼陈志涛姜志鹏岳大荀 STEVEN Y L 哈尔滨理工大学先进制造智能化技术教育部重点实验室哈尔滨150080 江苏天工硬质合金科技有限公司镇江361006 佐治亚理工学院乔治·W·伍德拉夫机械工程学院美国亚特兰大30332

钛合金材料以轻质、高强、耐腐蚀等优异特性在航空航天领域得到了广泛的应用,但良好的材料属性也为其加工带来难题,尤其对结构复杂的钛合金框架类零件切削,对刀具的设计、使用和性能评价都提出了更高的要求。首先分析了限制钛合金框架... 详细信息

钛合金材料以轻质、高强、耐腐蚀等优异特性在航空航天领域得到了广泛的应用,但良好的材料属性也为其加工带来难题,尤其对结构复杂的钛合金框架类零件切削,对刀具的设计、使用和性能评价都提出了更高的要求。首先分析了限制钛合金框架类零件切削性能发挥的影响因素,即切削力、切削温度和已加工表面残余应力,并以影响因素为约束总结了钛合金框架类零件加工用整体立铣刀几何结构、表面涂层和基体材料的研究现状;其次针对特定加工场景以影响因素为约束推荐了切削参数;随后将影响因素量化为便于识别统计的评价指标,即切削寿命、效率和表面完整性,进而阐述了刀具切削性能评价的研究进展。最后对整体立铣刀在钛合金框架类零件加工领域的发展与应用进行展望。随着新一代信息技术发展,将进一步推动刀具设计、使用与切削性能发挥的深度融合,助力钛合金框架类零件的高质量、长寿命、高效率切削。

关键词：框架类零件立铣刀铣削加工刀具设计切削性能表面质量

基于工件振动和刀具结构的周铣表面形貌分析与预测

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兵工学报 2023年第7期44卷 2132-2146页

作者：刘扬秦国华吴竹溪娄维达赖晓春南昌航空大学航空制造工程学院江西南昌330063 江西省教育厅江西省教育国际合作与教师发展中心江西南昌330083

在铣削加工过程中,受铣削振动等因素的影响,已加工表面的不同位置会存在结构上的差异,严重影响已加工表面的加工质量。研究加工表面形貌的铣削成形方法对预测表面粗糙度和选取合理的加工参数具有重要意义。通过将“工件-夹具”接触模型... 详细信息

在铣削加工过程中,受铣削振动等因素的影响,已加工表面的不同位置会存在结构上的差异,严重影响已加工表面的加工质量。研究加工表面形貌的铣削成形方法对预测表面粗糙度和选取合理的加工参数具有重要意义。通过将“工件-夹具”接触模型合理地等效为线性“弹簧-阻尼”系统,利用能量法推导出工件在铣削过程中的振动微分方程。利用坐标转化法,提出有约束振动微分方程的模态分析与解耦方法,实现工件位置偏离的解算与预测。通过研究刀具接触点的判断方法,建立周铣过程中切削刃的运动轨迹方程,进一步结合工件的位置偏离提出工件表面形貌的表面形貌离散算法。利用铣削实验直接或间接地验证工件周铣形貌离散算法的有效性,结果表明:不考虑装夹振动的铣削表面粗糙度最大误差为7.56%,相比于不考虑装夹振动,考虑装夹振动的接触力和表面粗糙度的计算精度分别提高了3%和4.72%(逆铣)/3.00%(顺铣)。

关键词：铣削加工工件位置偏移铣削振动表面形貌

基于深度强化学习的数控铣削加工参数优化方法

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浙江大学学报（工学版） 2022年第11期56卷 2145-2155页

作者：邓齐林鲁娟陈勇辉冯健廖小平马俊燕广西大学机械工程学院广西南宁530004 北部湾大学机械与船舶海洋工程学院广西钦州535011 广西大学制造系统与先进制造技术重点实验室广西南宁530004

为了提高数控加工中的机床效能和加工效率,探究深度强化学习在加工参数优化问题中的适用性,提出一种基于深度强化学习的数控铣削加工参数优化方法.选取切削力合力和材料除去率作为效能和效率的优化目标,利用遗传算法优化反向传播神经网... 详细信息

为了提高数控加工中的机床效能和加工效率,探究深度强化学习在加工参数优化问题中的适用性,提出一种基于深度强化学习的数控铣削加工参数优化方法.选取切削力合力和材料除去率作为效能和效率的优化目标,利用遗传算法优化反向传播神经网络(GA-BPNN)构建切削力合力和铣削参数的优化函数,并采用经验公式建立材料除去率的优化函数.应用竞争网络架构(Dueling DQN)算法获得切削力合力和材料除去率多目标优化的Pareto前沿,并结合优劣解距离法和熵值法从Pareto前沿中选择决策解.基于45钢的铣削试验,验证了Dueling DQN算法用于加工参数优化的有效性,相比经验选取加工参数,通过Dueling DQN优化得到的加工方案使切削力合力降低了8.29%,加工效率提高了4.95%,为加工参数的多目标优化方法和加工参数的选择提供了指导.

关键词：铣削加工加工参数反向传播神经网络深度强化学习多目标优化

C_(f)/SiC复合材料铣削特性的三维有限元分析及试验验证

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2023年第3期40卷 253-263页

作者： ELLAHI Zohaib 赵国龙年智文 MUHAMMAD Jamil 何宁南京航空航天大学机电学院南京210016

碳纤维增强碳化硅(C_(f)/SiC)复合材料具有高强度、耐磨损和各向异性等特点,导致材料加工非常困难。本文开展了聚晶金刚石(PCD)刀具铣削C_(f)/SiC复合材料的三维有限元仿真和试验,研究了复合材料的切削特性;研究了加工参数对切削力的影... 详细信息

碳纤维增强碳化硅(C_(f)/SiC)复合材料具有高强度、耐磨损和各向异性等特点,导致材料加工非常困难。本文开展了聚晶金刚石(PCD)刀具铣削C_(f)/SiC复合材料的三维有限元仿真和试验,研究了复合材料的切削特性;研究了加工参数对切削力的影响,以及不同纤维切削角下的材料去除机理。通过用户自定义的子程序在ABAQUS/CAE软件中建立了有限元切削仿真模型,仿真分析了加工参数对切削力的影响,并开展了验证试验。结果表明,有限元仿真和试验得到的X和Y方向的切削力具有良好的一致性。随着切削速度的增加,切削力降低;随着每齿进给量的增加,切削力升高。当沿着纤维方向进行切削时,刀具刃口的应力最小;随着纤维切削角的增大,刃口应力升高。本文可为C_(f)/SiC复合材料切削特性研究提供指导。

关键词：三维有限元仿真 C_(f)/SiC复合材料铣削加工切削力切削加工性

铣削加工数字孪生模型的迁移更新方法与应用研究

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铣削加工数字孪生模型的迁移更新方法与应用研究

作者：沈慧东华大学

学位级别：硕士

数字孪生具有虚实交互,精确映射物理空间的显著优势,采用数字孪生技术搭建铣削加工单元数字孪生模型对实现加工过程产品质量在线监测和生产优化具有重要意义。实际铣削工况复杂多变,基于固定铣削加工场景搭建数字孪生模型,通常因难以适... 详细信息

数字孪生具有虚实交互,精确映射物理空间的显著优势,采用数字孪生技术搭建铣削加工单元数字孪生模型对实现加工过程产品质量在线监测和生产优化具有重要意义。实际铣削工况复杂多变,基于固定铣削加工场景搭建数字孪生模型,通常因难以适应工况变化导致其决策性能衰退甚至产生错误决策,从而影响整个生产加工进程。针对上述问题,研究铣削加工数字孪生模型更新调整方法,对维持模型变工况决策水平具有重要应用价值。本课题提出变化工况下铣削加工数字孪生模型的迁移更新方法,并结合航天结构件铣削加工表面粗糙度预测进行应用研究与案例验证:(1)提出了面向铣削加工的可迁移数字孪生建模方法。对铣削工况进行统一参数化描述,分析了面向铣削加工的传统数字孪生模型和可迁移数字孪生模型在决策建模和决策模型更新调整的特点,给出了铣削加工可迁移数字孪生模型的定义,提出了铣削加工可迁移数字孪生模型的建模方法。(2)给出了铣削加工可迁移数字孪生模型的迁移策略,主要包括主动变工况迁移策略和被动变工况迁移策略。主动变工况迁移策略主要基于最大均值差异法实现了待重用源模型的匹配以及基于领域自适应迁移学习方法进行决策模型的迁移更新。被动变工况迁移策略主要基于校正决定系数法实现了源模型准确度的定期评估以及基于微调方法进行决策模型的迁移更新。(3)实现了铣削加工可迁移数字孪生表面粗糙度决策算法。基于设计部署的铣削加工原始工况,对铣削加工振动信号进行小波阈值去噪预处理并提取时、频两域特征,对铣削加工机床电信号进行时域特征提取,并采用皮尔逊相关系数法进行特征筛选;采用一维卷积神经网络实现了铣削加工表面粗糙度原始工况决策模型的搭建。(4)案例与验证,设计了铣削加工数字孪生表面粗糙度决策原型系统,实现了工件表面粗糙度在线监测、系统模型评估结果可视化以及交互式模型更新预测功能。设计部署了因工件材料变化、加工特征变化和刀具性能状态变化导致的三种变化工况案例,分别进行了铣削加工实验并采集处理铣削加工过程振动信号和机床电信号,并对模型迁移更新效果进行了对比验证,结果表明论文提出的方法对提高数字孪生模型变工况决策性能具有一定有效性。

关键词：铣削加工数字孪生迁移策略决策模型表面粗糙度

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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摆线铣开槽加工切削力分析

北京交通大学学报 2022年第3期46卷 148-157页

作者：蔡永林张祥刚张正中席晓琳王海同北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 北京交通大学载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京100044

针对摆线铣开槽加工工艺,建立了从刀具接触工件到完成切削整个过程刀具与工件的接触角模型.在接触角模型的基础上利用微元法建立了立铣刀切削力模型,开展切削实验获取了切削力系数,并通过对比预测值与实测值,验证了切削力模型的正确性.... 详细信息

针对摆线铣开槽加工工艺,建立了从刀具接触工件到完成切削整个过程刀具与工件的接触角模型.在接触角模型的基础上利用微元法建立了立铣刀切削力模型,开展切削实验获取了切削力系数,并通过对比预测值与实测值,验证了切削力模型的正确性.最后对比分析了摆线铣和行切法在效率、主轴转速、切深相同的条件下,加工相同尺寸的槽,刀具的受力情况.结果表明:采用摆线铣加工方式,刀具和工件的平均接触角以及刀具所受的切削力都要明显小于行切法.所以使用摆线铣方式,加工过程更为稳定,刀具寿命更长,从而可以采用更高的进给和更大的切深来提高加工效率.

关键词：铣削加工摆线铣开槽加工刀具-工件接触角切削力

基于迁移学习的变刀具-刀柄夹持状态下数控铣削稳定性预测研究

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机械工程学报 2023年

作者：邓聪颖邓子豪林丽君陈翔马莹禄盛重庆邮电大学先进制造工程学院成都大学机械工程学院

分析刀具-刀柄结合状态变化时的数控铣削稳定性，其效率因需重复测量刀尖点频响函数而降低。针对此问题，引入迁移学习提出仅需测量目标刀具少量悬伸量下刀尖点频响函数的铣削稳定性预测方法。首先，测量源刀具多个悬伸量和目标刀具少... 详细信息

分析刀具-刀柄结合状态变化时的数控铣削稳定性，其效率因需重复测量刀尖点频响函数而降低。针对此问题，引入迁移学习提出仅需测量目标刀具少量悬伸量下刀尖点频响函数的铣削稳定性预测方法。首先，测量源刀具多个悬伸量和目标刀具少量悬伸量的刀尖点频响函数，采用铣削稳定性解析法获取各铣削参数组合的加工振动状态信息，构建充足的源域数据和少量的目标域数据，并通过源域和目标域的相似匹配筛选源域样本，然后结合神经网络和TrAdaBoost迁移学习算法，自适应更新源域与目标域混合样本权重，建立目标刀具的铣削加工振动状态分类器。以三组刀柄-刀具组合进行实例分析，少样本下采用迁移学习后两组目标刀具的分类器精度分别提升了10.93%、6.25%，并通过铣削实验验证了所提方法的有效性。

关键词：铣削加工稳定性预测刀具夹持长度迁移学习

基于有限元模拟的Ti6Al4V铣削过程参数多目标优化

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同方期刊数据库

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中国机械工程 2021年第13期32卷 1555-1561,1570页

作者：黎宇嘉黄兵鲁娟钟奇憬陈超逸廖小平马俊燕广西大学广西制造系统及先进制造技术重点实验室南宁530004 北部湾大学机械与船舶海洋工程学院钦州535011

为使切削加工过程满足环境意识制造(ECM)的要求,针对质量指标(表面粗糙度)和ECM指标(能耗),针对Ti6Al4V的铣削过程,采用人工蜂群(ABC)算法优化的高斯过程回归(GPR)方法构建有限元代理模型,并采用多目标粒子群优化(MOPSO)算法获得满足最... 详细信息

为使切削加工过程满足环境意识制造(ECM)的要求,针对质量指标(表面粗糙度)和ECM指标(能耗),针对Ti6Al4V的铣削过程,采用人工蜂群(ABC)算法优化的高斯过程回归(GPR)方法构建有限元代理模型,并采用多目标粒子群优化(MOPSO)算法获得满足最优加工目标的加工参数。为减少试验成本,采用有限元仿真软件Deform-3D获取各铣削参数组合对应的表面粗糙度和能耗数据,并通过物理试验验证其有效性;基于仿真数据,利用改进的GPR方法构建预测表面粗糙度和能耗的代理模型,并对比了该模型与其他两种模型的性能,证明了改进模型在精度和响应时间上的优势;采用MOPSO算法,以最小能耗和优良表面质量为目标,优化得到加工参数的Pareto前沿,并用物理试验验证了ABC-GPR-MOPSO算法的有效性。

关键词：铣削加工有限元模拟高斯过程 Pareto前沿

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一种基于多步回溯算法的铣削稳定性预测方法

振动与冲击 2021年第1期40卷 102-109页

作者：于福航李茂月严复钢刘献礼梁越昇哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080 佐治亚理工学院乔治W.伍德拉夫机械工程学院亚特兰大30318

在加工过程中,由于薄壁件的弱刚性易发生加工颤振,从而对工件表面质量和刀具寿命等造成不良的影响,对铣削过程的稳定性进行预测是至关重要的。通过提出一种多步回溯算法来预测铣削过程的稳定性,将铣削过程离散化成时滞周期方程,在每个... 详细信息

在加工过程中,由于薄壁件的弱刚性易发生加工颤振,从而对工件表面质量和刀具寿命等造成不良的影响,对铣削过程的稳定性进行预测是至关重要的。通过提出一种多步回溯算法来预测铣削过程的稳定性,将铣削过程离散化成时滞周期方程,在每个时间间隔上采用多步回溯的方法来近似时间周期及时滞项。通过构建状态转移矩阵,根据Floquet理论获得了铣削稳定性边界参数。最后,通过仿真对比实例验证了算法的计算精度和收敛率。结果表明,多步回溯算法具有快速收敛及高计算精度等特点,尤其在低速铣削的稳定性预测中具有良好的应用前景。

关键词：稳定性预测回溯算法铣削加工多步插值 Floquet理论