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碳纤维增强复合材料螺旋铣孔切削力及加工质量研究 被引量:30
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作者 刘刚 张恒 +4 位作者 王亚飞 周兰 高凯晔 柯映林 卢大伟 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1292-1299,共8页
针对传统钻孔方法加工复合材料时易导致分层、撕裂等缺陷的问题,采用螺旋铣作为新的制孔技术,根据飞机装配现场的实际加工条件,构建以机器人为移动载体、螺旋铣孔终端执行器为加工单元、螺旋铣孔专用刀具为切削工具的加工系统,采用该加... 针对传统钻孔方法加工复合材料时易导致分层、撕裂等缺陷的问题,采用螺旋铣作为新的制孔技术,根据飞机装配现场的实际加工条件,构建以机器人为移动载体、螺旋铣孔终端执行器为加工单元、螺旋铣孔专用刀具为切削工具的加工系统,采用该加工系统对碳纤维增强复合材料(CFRP)螺旋铣孔关键工艺参数进行正交试验,并讨论了刀具主轴转速、每齿进给量和轴向切削深度等工艺参数对切削力的影响规律;通过对加工缺陷的监测,探讨了切削力与CFRP分层、撕裂等缺陷之间的关系;最后对工艺参数进行优化,经试验验证,优化后轴向切削力较优化前降低26%以上,孔入口及出口处均无撕裂、毛刺,加工质量最优。 展开更多
关键词 螺旋 正交试验 切削力 分层 撕裂 碳纤维增强复合材料
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飞机装配中的先进制孔技术与装备 被引量:29
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作者 康仁科 杨国林 +2 位作者 董志刚 朱祥龙 郭东明 《航空制造技术》 2016年第10期16-24,共9页
制孔加工是飞机装配过程中的重要工作之一。生产效率的高要求,加工质量、精度的苛刻标准,以及复合材料、钛合金等难加工材料的大量使用,使得飞机装配制孔技术不断面临新的挑战。而基于不同切削原理的制孔新方法与技术装备,成为解决当下... 制孔加工是飞机装配过程中的重要工作之一。生产效率的高要求,加工质量、精度的苛刻标准,以及复合材料、钛合金等难加工材料的大量使用,使得飞机装配制孔技术不断面临新的挑战。而基于不同切削原理的制孔新方法与技术装备,成为解决当下飞机装配制孔难题的途径之一。 展开更多
关键词 飞机装配 制孔 螺旋 超声 末端执行器
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基于一维卷积神经网络的螺旋铣刀具磨损监测 被引量:18
3
作者 汪海晋 尹宗宇 +2 位作者 柯臻铮 郭英杰 董辉跃 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期931-939,共9页
基于传统机器学习的螺旋铣刀具磨损监测方法需要复杂的特征提取和丰富的经验知识,不同磨损阶段具有相同的错误分类代价,针对这些问题,结合电流信号一维性特点,提出基于一维卷积神经网络(1D CNN)和代价敏感学习的螺旋铣刀具磨损监测方法... 基于传统机器学习的螺旋铣刀具磨损监测方法需要复杂的特征提取和丰富的经验知识,不同磨损阶段具有相同的错误分类代价,针对这些问题,结合电流信号一维性特点,提出基于一维卷积神经网络(1D CNN)和代价敏感学习的螺旋铣刀具磨损监测方法.采集机器人螺旋铣末端执行器主轴、公转轴和进给轴电流作为监测信号,并采用滑动窗口法进行样本划分,在降低网络容量的同时增加样本数量和多样性;在网络损失函数中引入代价矩阵并增加急剧磨损阶段的错误分类代价,使得1D CNN具有代价敏感性;直接将电流时域信号输入1D CNN,网络可以自动提取刀具磨损特征,并将特征提取和不同磨损阶段分类融合在一起.试验结果表明,在机器人螺旋铣系统中,该方法的刀具磨损监测准确率为99.29%,在急剧磨损阶段的查全率为99.60%. 展开更多
关键词 螺旋 刀具磨损监测 电流信号 一维卷积神经网络(1D CNN) 代价敏感学习
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叶片螺旋铣加工刀位计算研究 被引量:6
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作者 仵高升 卜昆 +2 位作者 单晨伟 张定华 《机床与液压》 北大核心 2006年第4期67-69,共3页
研究了航空发动机叶片叶身部分的螺旋铣数控加工过程,推导出了用于多坐标数控铣加工的叶片刀位点计算公式。根据叶片特征和数控加工理论,详细讨论了叶片前后缘头加工过程中的刀位计算方法和缘头边界判别方法,有效地避免了缘头处的刀具... 研究了航空发动机叶片叶身部分的螺旋铣数控加工过程,推导出了用于多坐标数控铣加工的叶片刀位点计算公式。根据叶片特征和数控加工理论,详细讨论了叶片前后缘头加工过程中的刀位计算方法和缘头边界判别方法,有效地避免了缘头处的刀具啃切和刀轴晃动现象。本文的刀位计算方法在叶片螺旋铣加工实践中取得了良好效果,提高了叶片生产效率,降低了生产成本。 展开更多
关键词 螺旋 叶片 四坐标 缘头 刀轴匀化
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单向CFRP螺旋铣削力建模 被引量:8
5
作者 万敏 杜宇轩 +1 位作者 张卫红 杨昀 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期270-284,共15页
螺旋铣削加工工艺具有降低轴向力,改善排屑、散热条件等优点,螺旋铣削力是其重要过程指标之一。对单向CFRP螺旋铣削力建模方法展开研究,预测给定加工参数下的螺旋铣削力。首先,通过对螺旋铣削过程进行运动学分析和切屑几何分析,建立了... 螺旋铣削加工工艺具有降低轴向力,改善排屑、散热条件等优点,螺旋铣削力是其重要过程指标之一。对单向CFRP螺旋铣削力建模方法展开研究,预测给定加工参数下的螺旋铣削力。首先,通过对螺旋铣削过程进行运动学分析和切屑几何分析,建立了螺旋铣削过程中侧刃、底刃动态切屑层模型,纤维切削方向角度模型和动态切削力计算模型。然后,分别通过侧刃直线槽铣实验和底刃半齿插铣实验,对各个切削方向角度下侧刃、底刃切削力系数进行了标定,并利用人工神经网络对切削力系数进行拟合。最后,将标定所得的切削力系数代入动态切削力计算模型中,建立了单向CFRP螺旋铣削过程动态切削力预测模型,并通过实验验证了模型的准确性。与现有模型相比,该模型不仅能够预测刀具螺旋运动周期内的切削力变化情况,还可以对每个刀具自转周期内的细节进行预测,通过考虑纤维切削方向角度对切削力系数的影响,反映了单向CFRP材料的各向异性,较为准确地预测了螺旋铣削力。 展开更多
关键词 纤维增强复合材料 螺旋 切削力建模 纤维切削方向角 人工神经网络
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基于Pareto遗传算法的螺旋铣加工参数优化 被引量:8
6
作者 王海艳 秦旭达 任成祖 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第17期2058-2061,共4页
螺旋铣是主要针对航空领域中难加工材料的先进制孔工艺技术。在螺旋铣孔过程中,主轴转速、每齿进给量和每转轴向切削深度是3个最主要的加工参数。以材料去除量和刀具耐用度为优化目标,基于Pareto多目标遗传算法,针对螺旋铣削钛合金材料... 螺旋铣是主要针对航空领域中难加工材料的先进制孔工艺技术。在螺旋铣孔过程中,主轴转速、每齿进给量和每转轴向切削深度是3个最主要的加工参数。以材料去除量和刀具耐用度为优化目标,基于Pareto多目标遗传算法,针对螺旋铣削钛合金材料在稳定性切削条件下的切削参数进行了优化,主要考虑铣削参数对孔表面质量的影响。最终通过切削实验进行了验证。 展开更多
关键词 螺旋 加工参数 钛合金 Pareto遗传算法
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叶片精密加工弹性变形误差分析及规律研究 被引量:7
7
作者 赵明 刘维伟 李杰光 《机械设计与制造》 北大核心 2009年第6期106-108,共3页
针对薄壁叶片螺旋铣削加工中的变形问题进行了分析研究。通过建立叶片螺旋铣削加工模型、力学变形分析模型,运用力学原理对叶片加工中的扭转和弯曲变形进行分析,建立了基于叶片刚度的变形数学模型,得到了叶片加工变形与叶片几何尺寸的关... 针对薄壁叶片螺旋铣削加工中的变形问题进行了分析研究。通过建立叶片螺旋铣削加工模型、力学变形分析模型,运用力学原理对叶片加工中的扭转和弯曲变形进行分析,建立了基于叶片刚度的变形数学模型,得到了叶片加工变形与叶片几何尺寸的关系,在此基础上通过定义叶片弯扭变形作用区域的划分方法,计算总结出了叶片变形的规律。螺旋铣试验结果表明,研究的弹性变形规律与实际加工中的变形基本吻合,能够满足叶片加工补偿、数控编程等实际的工程要求。 展开更多
关键词 薄壁叶片 螺旋 刚度 变形规律
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碳纤维-钛超混杂复合材料孔加工刀具研究 被引量:5
8
作者 师润平 王成勇 +2 位作者 林升旭 汪喜 赵耀 《机械设计与制造》 北大核心 2013年第8期117-119,共3页
碳纤维-钛层间混杂复合材料是一种性能优良的新型结构材料,它综合了碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)和钛合金的优点,在航空航天制造业中有着广泛的应用前景。但其孔加工质量差,刀具耐用度低,是其在飞机制造业应用及加工中遇到的主要难题... 碳纤维-钛层间混杂复合材料是一种性能优良的新型结构材料,它综合了碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)和钛合金的优点,在航空航天制造业中有着广泛的应用前景。但其孔加工质量差,刀具耐用度低,是其在飞机制造业应用及加工中遇到的主要难题之一。不同加工方法、不同刀具材料、不同钻尖形状、不同钻削顺序对其孔加工质量和刀具寿命的影响各不相同。螺旋铣孔、从钛合金一侧钻入、采用PCD材料或是特殊钻尖顶角硬质合金钻头等工艺,都可以显著改善孔加工质量和刀具寿命。 展开更多
关键词 CTIL 螺旋 PCD 钻尖顶角 耐用度
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基于机器人载体的螺旋铣制孔精度研究 被引量:5
9
作者 刘刚 陈祖朋 +3 位作者 高凯晔 周兰 柯映林 何凤涛 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期1047-1058,共12页
钛合金和复合材料在航空领域已经得到广泛的应用,在飞机装配过程中这些难加工材料紧固孔的精确制造是目前困扰航空企业的难题.螺旋铣作为一种新的制孔技术,在国外已经得到了成功的应用.为促进螺旋铣在国内的进一步应用,本文对飞机装配... 钛合金和复合材料在航空领域已经得到广泛的应用,在飞机装配过程中这些难加工材料紧固孔的精确制造是目前困扰航空企业的难题.螺旋铣作为一种新的制孔技术,在国外已经得到了成功的应用.为促进螺旋铣在国内的进一步应用,本文对飞机装配现场基于机器人载体的螺旋铣加工系统制孔精度进行了深入研究,通过正交试验分析了机器人制孔工艺参数、刀具磨损对制孔精度的影响,与此同时根据典型孔径的连续制孔试验,提出了一种系统误差及刀具磨损的补偿方法,使基于机器人载体的螺旋铣制孔精度达到H9级公差要求. 展开更多
关键词 难加工材料 机器人 螺旋 正交试验 加工精度 误差补偿
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铣削加工用混联机器人参数曲线插补方法 被引量:5
10
作者 黎广喜 刘海涛 +2 位作者 徐青山 肖聚亮 秦旭达 《航空制造技术》 2018年第16期43-50,共8页
传统加工装备难以满足高速、高精度、高柔性加工需求,研发高性能加工装备势在必行。以实现航空制造领域高速高精度加工为研究目的,提出一种基于混联机器人平台的加工方法。介绍一种新型五轴混联加工机器人(TriMule),并建立其运动学逆解... 传统加工装备难以满足高速、高精度、高柔性加工需求,研发高性能加工装备势在必行。以实现航空制造领域高速高精度加工为研究目的,提出一种基于混联机器人平台的加工方法。介绍一种新型五轴混联加工机器人(TriMule),并建立其运动学逆解模型。为提高加工精度,阐述了参数曲线插补原理及其在混联机器人加工装备上的应用。最后结合螺旋铣孔加工工艺,在混联机器人加工平台上进行钛合金铣孔试验。仿真和试验结果表明,采用参数曲线插补方法,能有效限制进给率波动,改善混联机器人加工精度。总结全文,指出混联机器人具备高刚度、高速度、高精度及高柔性等特点,在航空制造领域具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 混联机器人 削加工 参数曲线插补 B样条 螺旋
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一种带缘头避让的叶片高效螺旋加工方法 被引量:4
11
作者 罗明 吴宝海 +2 位作者 张定华 李山 张莹 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2008年第7期917-921,共5页
针对航空发动机叶片螺旋铣加工中前后缘处刀位点密集、刀轴矢量变化剧烈而导致的过切等问题,本文提出了一种带缘头避让的叶片高效螺旋加工方法。在叶片螺旋加工中,只有叶盆和叶背曲面参与切削,缘头曲面从螺旋加工过程剥离并对其实施单... 针对航空发动机叶片螺旋铣加工中前后缘处刀位点密集、刀轴矢量变化剧烈而导致的过切等问题,本文提出了一种带缘头避让的叶片高效螺旋加工方法。在叶片螺旋加工中,只有叶盆和叶背曲面参与切削,缘头曲面从螺旋加工过程剥离并对其实施单独处理。为实现螺旋加工中缘头部分的避让,本文利用三次非均匀B样条曲线给出了避让曲线的构造方法。切削实验结果表明,本文方法可有效提高航空发动机叶片的加工效率,并能有效保证缘头处的加工质量。 展开更多
关键词 螺旋 三次非均匀B样条曲线 5轴加工 刀位轨迹
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CFRP螺旋铣孔成屑机制的三维微观有限元仿真研究
12
作者 周兰 李光奇 +3 位作者 安国升 王云龙 朱瑞彪 钟云 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第24期284-290,共7页
碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic/polymer,CFRP)螺旋铣孔过程切削力变化、残余应力分布与断裂机制的宏观研究无法反映刀具与碳纤维增强相、基体与界面相之间相互作用的瞬态切削特性。本工作基于螺旋铣孔运动... 碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic/polymer,CFRP)螺旋铣孔过程切削力变化、残余应力分布与断裂机制的宏观研究无法反映刀具与碳纤维增强相、基体与界面相之间相互作用的瞬态切削特性。本工作基于螺旋铣孔运动学原理,采用正交切削法构建CFRP螺旋铣孔切屑成形过程的三维微观有限元切削模型,通过分析CFRP不同纤维方向角θ(0°、45°、90°、135°)时、切削速度与切削厚度对切削力、残余应力以及纤维方向对断裂行为的影响规律,最后揭示CFRP螺旋铣孔的成屑机制。结果表明:θ=90°时,周向力不受切削速度、切削厚度的影响,其增值最大;当切削厚度相同时,θ=0°的周向力增值最小;当切削速度相同时,θ=45°的周向力增值最小。当θ为0°、45°、135°时,残余应力分布情况不受切削厚度的影响,θ为0°、135°分布在已加工表面,θ=45°集中分布在已加工表面下方;当θ=90°时,随着切削厚度的增大,残余应力分布扩展至整个工件。θ为0°、45°的CFRP断裂行为是剪切断裂和弯曲断裂共同作用的结果;θ=90°时,以剪切断裂为主;θ=135°时,以弯曲断裂为主。 展开更多
关键词 CFRP 螺旋 RVE模型 纤维方向角 θ 断裂行为
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面向螺旋铣制孔过程的压脚压紧力优化 被引量:3
13
作者 毕运波 李夏 +3 位作者 严伟苗 沈立恒 朱宇 方伟 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期102-110,172,共10页
为了优化机器人螺旋铣制孔过程中末端执行器的压脚压紧力取值,提高末端执行器与工件的接触刚度,消除压紧力取值对加工孔的孔径精度、表面粗糙度、孔位偏差等的影响,采用解析法确定压紧力取值的许用范围.通过建立螺旋铣制孔过程有限元仿... 为了优化机器人螺旋铣制孔过程中末端执行器的压脚压紧力取值,提高末端执行器与工件的接触刚度,消除压紧力取值对加工孔的孔径精度、表面粗糙度、孔位偏差等的影响,采用解析法确定压紧力取值的许用范围.通过建立螺旋铣制孔过程有限元仿真模型,研究许用范围内不同压紧力对加工孔质量的影响,给出压脚压紧力的最优值.通过制孔实验对比分析不同压紧力下的加工孔质量,实验结果表明,在优化后的压脚压紧力作用下,加工孔的圆柱度可以有效控制在0.013mm以内,孔的内壁表面粗糙度可以提升至1.6μm以内. 展开更多
关键词 螺旋 压脚装置 末端执行器 压紧力 有限元分析(FEA)
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碳纤维增强复合材料螺旋铣孔的临界轴向力模型 被引量:3
14
作者 王海艳 金天 +1 位作者 周秩同 付麒麟 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期214-220,共7页
通过分析碳纤维增强复合材料螺旋铣制孔过程的分层机理,提出一种基于经典板壳理论的用于解析复合材料螺旋铣孔出口分层的临界轴向力模型.模型分析表明,螺旋铣孔过程剩余的未切削材料厚度是影响材料出口分层的重要因素;随着未切削材料厚... 通过分析碳纤维增强复合材料螺旋铣制孔过程的分层机理,提出一种基于经典板壳理论的用于解析复合材料螺旋铣孔出口分层的临界轴向力模型.模型分析表明,螺旋铣孔过程剩余的未切削材料厚度是影响材料出口分层的重要因素;随着未切削材料厚度的减小,材料发生出口分层的概率增加.开展了复合材料螺旋铣孔实验研究,结果显示,模型轴向力临界值最大偏差为13.48%.全因子实验结果显示,轴向力随着主轴转速的增加而降低,随每齿进给量的增加而增加,随每转轴向切深的增加而增加;刀具磨损与轴向力大小呈线性关系,当每齿进给量为0.02 mm/齿、主轴转速为6000 r/min、每转轴向切深为0.1 mm/r时材料所受轴向力最小. 展开更多
关键词 螺旋 碳纤维增强复合材料(CFRP) 分层 临界轴向力
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叶片螺旋铣加工中的刀具轨迹动力学分析与优化方法研究 被引量:2
15
作者 于桂欣 张定华 +1 位作者 单晨伟 孟志强 《新技术新工艺》 2006年第4期47-50,共4页
从分析刀具轨迹动力学特性入手,通过对CLS文件分析,结合工厂加工叶片的实际情况,发现了影响叶片缘头表面质量的关键性因素,并提出解决的办法。
关键词 叶片 螺旋 数控加工 刀具轨迹优化
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螺旋铣孔工艺的切削稳定性及工艺参数规划 被引量:2
16
作者 刘长毅 唐治安 +1 位作者 杨生 路远东 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第22期3022-3027,3065,共7页
以螺旋铣孔工艺时域解析切削力建模、时域与频域切削过程动力学建模、切削颤振及切削稳定性建模为基础,研究了螺旋铣孔的切削参数工艺规划模型和方法。切削力模型同时考虑了刀具周向进给和轴向进给,沿刀具螺旋进给方向综合了侧刃和底刃... 以螺旋铣孔工艺时域解析切削力建模、时域与频域切削过程动力学建模、切削颤振及切削稳定性建模为基础,研究了螺旋铣孔的切削参数工艺规划模型和方法。切削力模型同时考虑了刀具周向进给和轴向进给,沿刀具螺旋进给方向综合了侧刃和底刃的瞬时受力特性;动力学模型中同时包含了主轴自转和螺旋进给两种周期对系统动力学特性的影响,并分别建立了轴向切削稳定域和径向切削稳定域的预测模型,求解了相关工艺条件下的切削稳定域叶瓣图。在切削力和动力学模型基础之上,研究了包括轴向切削深度、径向切削深度、主轴转速、周向进给率、轴向进给率等切削工艺参数的多目标工艺参数规划方法。最后通过试验对所规划的工艺参数进行了验证,试验过程中未出现颤振现象,表面粗糙度、圆度、圆柱度可以达到镗孔工艺的加工精度。 展开更多
关键词 螺旋 模型 动力学 颤振 工艺规划
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浅析月牙形孔的加工方式及宏编程技巧
17
作者 杨建 《橡塑技术与装备》 CAS 2016年第4期74-76,88,共4页
以实件为依据,浅析了月牙形长孔的钻+成型铣、双边铣以及螺旋铣等的加工特点,并介绍了螺旋铣宏程序的编制技巧。
关键词 月牙形孔 双边 螺旋 宏程序
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基于UG NX螺旋铣削加工的研究 被引量:1
18
作者 刘炳昌 苏建民 《机械工程与自动化》 2014年第4期185-186,共2页
螺旋铣是一种新兴的加工方法,通过对UG NX7.5非切削移动的参数设置,调整出精加工螺旋铣削轨迹。
关键词 UG NX 螺旋 非切削移动
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型腔高速螺旋刀路轨迹规划算法 被引量:1
19
作者 林金涛 毕庆贞 +1 位作者 王宇晗 孙超 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1200-1204,1212,共6页
针对现有型腔铣加工刀路规划方法难以满足高速切削的问题,提出了一种基于椭圆形偏微分方程的刀路规划算法.首先,由二维稳态下的温度平衡方程导出偏微分方程,将型腔边界偏置一个刀具半径,作为偏微分方程的边界,并将边界条件赋为0,以此建... 针对现有型腔铣加工刀路规划方法难以满足高速切削的问题,提出了一种基于椭圆形偏微分方程的刀路规划算法.首先,由二维稳态下的温度平衡方程导出偏微分方程,将型腔边界偏置一个刀具半径,作为偏微分方程的边界,并将边界条件赋为0,以此建立刀路规划模型.然后,对边界内部的区域进行均匀离散,利用Delaunay算法构建三角网格单元,利用有限元法求解椭圆形偏微分方程,由偏微分方程的解构建等距线.最后,由等距线生成螺旋铣刀路,并对螺旋刀路进行了加工验证.实验结果表明,采用所提出的方法获得的螺旋铣刀路明显改善了机床的运动性能,提高了加工效率. 展开更多
关键词 螺旋 刀路规划 高速 机床运动学
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碳纤维复合材料大直径孔制孔方法的研究 被引量:1
20
作者 王共冬 李映池 +2 位作者 彭天 李南 肇启迪 《玻璃钢/复合材料》 CSCD 北大核心 2018年第6期48-53,10,共7页
在航空工业领域中,碳纤维复合材料(CFRP)常常会加工大直径孔。在加工大直径孔时,无预制孔钻削直接加工出的孔会出现纤维撕裂、纤维脱出以及孔内壁分层等严重缺陷。首先重点分析了无预制孔钻削、螺旋铣和不同直径预制孔的加工原理和轴向... 在航空工业领域中,碳纤维复合材料(CFRP)常常会加工大直径孔。在加工大直径孔时,无预制孔钻削直接加工出的孔会出现纤维撕裂、纤维脱出以及孔内壁分层等严重缺陷。首先重点分析了无预制孔钻削、螺旋铣和不同直径预制孔的加工原理和轴向力情况,并估计临界轴向力值;其次使用无预制孔钻削、螺旋铣和不同直径预制孔三种方法,建立对比实验,并对这三种方法的受力情况以及加工质量进行分析。结果表明,钻削的轴向力主要由麻花钻头的横刃提供,而轴向力是导致分层的主要原因。当轴向力小于临界轴向力时,分层明显减小,而由于消除了横刃的影响使得预制孔方法加工时轴向力降低47%至61%,出口处分层因子较无预制孔钻削减小83%,因此预制孔方法在制造大直径孔时表现突出。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 螺旋 预制孔 分层损伤
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