球头铣刀曲面多轴加工的刀具接触区半解析建模 被引量：15

1

作者 魏兆成 王敏杰 +1 位作者 王学文 赵丹阳 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期198-205,共8页

刀具接触区界定了切削过程刀具与工件的相互作用范围,是研究切削力学/动力学的基础,复杂曲面加工的刀具接触区往往呈现不规则几何形状且沿曲线刀具轨迹不断变化。针对球头铣刀复杂曲面多轴加工,提出一种刀具接触区半解析建模方法。基于... 刀具接触区界定了切削过程刀具与工件的相互作用范围,是研究切削力学/动力学的基础,复杂曲面加工的刀具接触区往往呈现不规则几何形状且沿曲线刀具轨迹不断变化。针对球头铣刀复杂曲面多轴加工,提出一种刀具接触区半解析建模方法。基于微元离散和刚体旋转变换的思想,将一般复杂曲面加工看成是一系列微小斜平面加工的组合,并且认为球头铣刀斜平面多轴加工的刀具接触区,可由球头铣刀水平面三轴立铣加工的刀具接触区经刚体旋转变换而得。通过将切削余量材料看成是一系列微厚材料薄层的叠加,构建了球头铣刀水平面三轴立铣加工的刀具接触区解析模型,从而建立球头铣刀复杂曲面多轴加工的刀具接触区半解析模型。仿真实例分析了模型的精度和效率,结果表明该半解析模型能够精确高效地描述复杂曲面多轴加工的刀具接触区。 展开更多

关键词 刀具接触区 复杂曲面加工 球头铣刀

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考虑刀具尺寸效应和刀具跳动的球头铣刀五轴微细铣削力预测

2

作者 杨晨曦 闫正虎 +2 位作者 王卫 余成林 朱霄 《工具技术》 北大核心 2024年第1期58-65,共8页

五轴微细铣削技术广泛应用于微小型零件的精密加工过程。铣削力作为加工过程中最重要的参数之一,直接影响零件的加工精度、刀具磨损和加工过程中的振动等。在球头铣刀五轴微细铣削过程中,刀—工接触几何CWE(Cutter Workpiece Engagement... 五轴微细铣削技术广泛应用于微小型零件的精密加工过程。铣削力作为加工过程中最重要的参数之一,直接影响零件的加工精度、刀具磨损和加工过程中的振动等。在球头铣刀五轴微细铣削过程中,刀—工接触几何CWE(Cutter Workpiece Engagement)及未变形切屑厚度瞬态变化,使其求解过程变得复杂和困难。综合考虑不同前倾、侧倾角度下的刀—工接触几何,推导出考虑最小切屑厚度、刀具跳动和工件材料弹性恢复的未变形切屑厚度数学表达式,建立了五轴微细铣削力的预测模型,获得铣削力的仿真结果。进行五轴微细铣削实验获得实测铣削力,并与预测铣削力进行比较,结果表明,铣削力预测值与实测值误差均在20%以内,验证了铣削力预测模型的有效性。 展开更多

关键词 球头铣刀 刀—工接触几何 五轴铣削 微细铣削力

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五轴侧铣加工铣削接触区域建模

3

作者 李忠朋 张维 +2 位作者 曹珍珍 张立强 刘钢 《工具技术》 北大核心 2024年第2期73-79,共7页

五轴侧铣加工时,刀具姿态的时变性使得加工过程中的刀具和工件接触区域复杂多变,提取铣削接触区域对研究多轴铣削中的切削力、加工误差和颤振稳定性至关重要,对此提出一种无需提取待加工表面信息的瞬时接触轮廓解析法。使用一系列离散... 五轴侧铣加工时,刀具姿态的时变性使得加工过程中的刀具和工件接触区域复杂多变,提取铣削接触区域对研究多轴铣削中的切削力、加工误差和颤振稳定性至关重要,对此提出一种无需提取待加工表面信息的瞬时接触轮廓解析法。使用一系列离散切削微元表示刀具,根据刀具位置和铣削参数获得各切削微元特征点集,并使用样条曲线对其拟合。综合距离和进给方向条件限制筛选出每段切削微元的切入/切出点,同时表示在工件坐标系中获得瞬时接触轮廓。仿真和试验结果表明,最大切入/切出角误差均在3%以内,且计算效率约为实体建模法的9.5倍,证明了本方法的准确性和高效性。 展开更多

关键词 五轴侧铣 铣削接触区域 刀具位置 铣削参数 待加工表面

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基于接触区域的球头刀五轴加工无颤振刀具姿态研究 被引量：1

4

作者 植俊杰 张立强 +2 位作者 许洋洋 杨青平 曹珍珍 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期2971-2980,共10页

为解决球头刀五轴铣削过程中接触区域获取困难和难以调整主轴转速实现稳定性铣削的问题,提出一种基于接触区域的姿态稳定性图获取方法。首先,建立了考虑刀具姿态与螺旋角影响的动态切削力模型。通过NX二次开发提取刀具与工件接触区域的... 为解决球头刀五轴铣削过程中接触区域获取困难和难以调整主轴转速实现稳定性铣削的问题,提出一种基于接触区域的姿态稳定性图获取方法。首先,建立了考虑刀具姿态与螺旋角影响的动态切削力模型。通过NX二次开发提取刀具与工件接触区域的初始数据,并采用一种坐标变换法获得不同刀具姿态下的接触区域。然后,使用全离散法构建姿态稳定性图判断了在不同刀具姿态下的铣削稳定性。最后,通过实验案例在五轴加工中心中进行球头刀铣削实验,验证了所提方法的有效性与可行性。现场加工表明,实验结果与预测值吻合良好。 展开更多

关键词 球头铣刀 接触区域 刀具姿态 稳定性预测 五轴加工

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基于增强型完全离散法的球头铣刀五轴加工稳定域建模方法研究 被引量：4

5

作者 代月帮 李宏坤 +1 位作者 周强 刘胜贤 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第23期189-199,共11页

基于坐标变换思想,精准高效地提取出球头铣刀五轴数控加工过程中与工件接触区域,利用增强型完全离散法获得铣削动力学方程的时序表达式,实现了效率和精度的共同兼顾,在单齿周期内球头铣刀视为圆弧切削的基础上,由刀刃与接触区域不同时... 基于坐标变换思想,精准高效地提取出球头铣刀五轴数控加工过程中与工件接触区域,利用增强型完全离散法获得铣削动力学方程的时序表达式,实现了效率和精度的共同兼顾,在单齿周期内球头铣刀视为圆弧切削的基础上,由刀刃与接触区域不同时刻的关系,确定出时域方程中所需要的瞬时切出角,借助于Floquet定理构建出了球头铣刀存在前倾角和侧倾角时的加工稳定域叶瓣图,并对其进行了有效性试验验证,试验结果与预测结果相符合,表明了该方法的正确性。 展开更多

关键词 颤振 球头铣刀五轴加工 接触区域 增强型完全离散法

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球头铣刀曲面加工的铣削接触区域建模 被引量：2

6

作者 祝孟豪 韩雷 +1 位作者 江磊 马术文 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2020年第9期20-24,共5页

机械加工中,铣削力源于刀具与工件在铣削接触区内的相互作用,因此确定铣削接触区域是研究铣削力的基础。针对球头铣刀曲面加工,提出了一种铣削接触区域建模方法。通过定义瞬时加工坐标系和瞬时刀具坐标系,参数化描述曲面加工中球头铣刀... 机械加工中,铣削力源于刀具与工件在铣削接触区内的相互作用,因此确定铣削接触区域是研究铣削力的基础。针对球头铣刀曲面加工,提出了一种铣削接触区域建模方法。通过定义瞬时加工坐标系和瞬时刀具坐标系,参数化描述曲面加工中球头铣刀与工件之间的相对位姿关系和铣削接触状态。分析了铣削接触区域边界的形成原理,应用解析和数值的方法对边界曲线进行快速求解,建立了铣削接触区域边界曲线模型,并通过加工试验和仿真实例对模型进行验证。结果表明,铣削接触区域边界曲线模型能够高效准确地描述球头铣刀曲面加工中的铣削接触区域。 展开更多

关键词 曲面加工 球头铣刀 接触区域 建模

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球头铣刀多轴铣削的刀具与工件切触区域实时计算方法 被引量：1

7

作者 黎柏春 王振宇 +1 位作者 杨建宇 王宛山 《中国工程机械学报》 北大核心 2019年第6期488-494,共7页

球头铣刀多轴铣削自由曲面的切触区域计算是研究铣削过程需要解决的首要问题.提出了一种基于图形处理器(GPU)并行计算的切触区域实时计算方法.首先,给出了刀具与工件切触区域实时计算的基本流程.其次,论述了数控程序译码和插补的模拟算... 球头铣刀多轴铣削自由曲面的切触区域计算是研究铣削过程需要解决的首要问题.提出了一种基于图形处理器(GPU)并行计算的切触区域实时计算方法.首先,给出了刀具与工件切触区域实时计算的基本流程.其次,论述了数控程序译码和插补的模拟算法,推导了插值计算刀具位置和位姿的表达式,设计了面向确定切触区域的基于GPU并行计算的布尔运算算法.然后,建立了筛选切触区域点集的数学模型,给出了重建切触区域表面的并行计算方法.最后,开发实现了切触区域计算的相关算法/方法.以叶轮开粗铣削为例进行了切触区域仿真计算,并与实体仿真方法的计算结果进行了对比分析.结果表明:文中方法具有较好的可行性、准确性、实时性,以及较高的精度. 展开更多

关键词 球头铣刀 多轴铣削 刀具与工件切触区域 铣削力 图形处理器(GPU)

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环形铣刀偏心车铣加工过程的切触区域建模

8

作者 周续 宛春博 张从鹏 《工具技术》 北大核心 2022年第11期93-97,共5页

对刀—工切触区域准确建模是进行铣削力预测和优化的基础。针对环形铣刀偏心车铣加工过程,提出一种基于半离散实体造型的切触区域建模方法,通过分析偏心车铣加工刀位轨迹,明确偏心距离与前倾角度的对应关系。建立计算切触区域边界曲线... 对刀—工切触区域准确建模是进行铣削力预测和优化的基础。针对环形铣刀偏心车铣加工过程,提出一种基于半离散实体造型的切触区域建模方法,通过分析偏心车铣加工刀位轨迹,明确偏心距离与前倾角度的对应关系。建立计算切触区域边界曲线的切片—交线方法,同时利用曲面修剪工具获取不同工况参数下的切触区域几何模型,分析了前倾角度和刀具圆角半径对切触区域的影响。结果表明:前倾角度增大时切触区域会在周向收缩而在轴向扩展,刀具圆角半径增大时切触区域在周向和轴向逐渐扩展。最后通过仿真和切削试验验证了所述方法的有效性。 展开更多

关键词 环形铣刀 偏心车铣加工 刀—工切触区域

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基于Z-MAP方法的球头铣刀铣削力的建模 被引量：11

9

作者 董永亨 李淑娟 +3 位作者 洪贤涛 李鹏阳 李言 李旗 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第19期201-212,共12页

瞬时刚性切削力的建模是铣削加工物理仿真的基础,然而,球头铣刀的刀齿形状复杂,加工过程中姿态多变,瞬时刚性铣削力的建模难度较大。在考虑刀具姿态调整的情况下,通过齐次坐标变换建立了刀齿的运动轨迹,提出了一种识别刀具和工件瞬时接... 瞬时刚性切削力的建模是铣削加工物理仿真的基础,然而,球头铣刀的刀齿形状复杂,加工过程中姿态多变,瞬时刚性铣削力的建模难度较大。在考虑刀具姿态调整的情况下,通过齐次坐标变换建立了刀齿的运动轨迹,提出了一种识别刀具和工件瞬时接触区的改进Z-MAP算法,通过计算当前刀齿的参考线与工件的边界面或刀齿扫掠面的交点求出瞬时未变形切屑厚度,并采用非线性回归的方法辨识了切削力系数,在此基础上使用微元积分法建立了瞬时切削力的计算模型。为了验证仿真模型的可靠性,分别进行了垂直加工和倾斜加工试验,试验和仿真结果具有较高的一致性,表明该建模仿真方法是有效的,可以为实际加工中参数的选择和优化提供理论依据。 展开更多

关键词 球头铣刀 铣削力 刀-工切触状态 未变形切屑厚度

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滚齿切削厚度仿真计算 被引量：8

10

作者 张荣闯 王宛山 王军 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期95-98,113,共5页

为了解决滚切力模型在应用中瞬时几何边界参数的提取问题,提出一种基于三维实体造型技术的滚齿切削厚度仿真计算方法.该方法考虑未变形切屑是滚刀扫掠几何实体与工件几何实体的交集,包含几何边界条件信息.首先通过布尔减运算得到未变形... 为了解决滚切力模型在应用中瞬时几何边界参数的提取问题,提出一种基于三维实体造型技术的滚齿切削厚度仿真计算方法.该方法考虑未变形切屑是滚刀扫掠几何实体与工件几何实体的交集,包含几何边界条件信息.首先通过布尔减运算得到未变形切屑,然后通过瞬时刀齿前刀面与切屑几何实体进行求交运算,得到包含切削范围信息的由样条曲线所构造成的CWE(cutter/workpiece engagement),进而在其上进行切削厚度的提取.该方法的实现为动态滚切力的精确预测奠定了基础. 展开更多

关键词 3D实体造型 滚切力 未变形切屑 CWE 几何边界参数 切削厚度

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基于接触区齐次变换的球头铣削力预报与分析

11

作者 蒋建华 胡腾 +2 位作者 王小虎 龚熙裕 张永胜 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第8期92-98,104,共8页

精准求解球头铣刀-工件接触区(Cutter-workpiece engagement,CWE)已成为研究其力学行为的关键问题。现有球头CWE的求解方法存在效率低、通用性不佳和工程适用性不强等局限性。为此,本文提出一种基于齐次变换矩阵的CWE求解方法并借此实... 精准求解球头铣刀-工件接触区(Cutter-workpiece engagement,CWE)已成为研究其力学行为的关键问题。现有球头CWE的求解方法存在效率低、通用性不佳和工程适用性不强等局限性。为此,本文提出一种基于齐次变换矩阵的CWE求解方法并借此实现球头铣削力预报和分析。首先,以铣削过程的几何特性分析为切入点,构建无倾角CWE解析方程组;然后,从多体系统理论的视角出发,通过齐次变换方法将球头铣姿态参数表征为坐标矩阵,由此推导出其在任意姿态下的解析表达式,进而将铣削过程时域离散化并对CWE内有效铣削刃及其演化过程进行分析。在此基础上,开展球头铣削力测试试验来检验该求解方法与铣削力分析的可靠性和精准性。研究结果表明,所提CWE求解方法可在较大程度上简化求解过程,且对铣削力的预报可靠、精准性高;前倾角或侧倾角的增大会减少切削刃在铣削周期中的铣削时间,并使得铣削周期内的平均铣削力降低;采用较小的前倾角时可获得较大的铣削力。 展开更多

关键词 球头铣 铣刀-工件接触区(CWE) 齐次变换 铣削力 变姿态

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考虑材料去除效应的五轴铣削变形分析

12

作者 刘宗昊 王海同 +1 位作者 杨宇伟 蔡永林 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第13期273-284,共12页

针对薄壁件五轴铣削加工过程中材料去除效应对工件几何形貌和刚度性能特征的耦合影响展开分析。基于微元法建立了五轴切削力模型,针对材料去除效应的几何形貌变化描述,基于切屑几何体产生原理,提出了一种能够考虑曲面曲率的刀具工件接... 针对薄壁件五轴铣削加工过程中材料去除效应对工件几何形貌和刚度性能特征的耦合影响展开分析。基于微元法建立了五轴切削力模型,针对材料去除效应的几何形貌变化描述,基于切屑几何体产生原理,提出了一种能够考虑曲面曲率的刀具工件接触区域解析计算方法。该方法无需求交运算,只需曲面几何参数和刀具位姿即可求解接触区域,提高了接触区域的计算效率和精度。针对材料去除效应的刚度性能变化描述,基于摄动法获取时变参数,以影响接触区域的加工参数作为计算变量,通过迭代计算切削力求解材料去除形性耦合作用下的加工变形,获得了材料去除效应对工件几何形貌与刚度性能变化的耦合影响规律,提高了加工变形的预测精度。叶片加工实验结果显示,未考虑材料去除效应对工件形性耦合作用影响的变形预测模型的平均和最大偏差分别为0.016 mm和0.029 mm,而考虑耦合影响的预测模型的平均和最大偏差分别为0.011 mm和0.021 mm,平均预测精度提高了31.25%,验证了考虑材料去除形性耦合作用的变形预测模型的有效性,为薄壁件五轴铣削加工变形预测与误差补偿提供理论支撑。 展开更多

关键词 五轴铣削加工 材料去除效应 刀具工件接触区域 切削力建模 加工变形

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基于半解析法的球头铣刀静态铣削力的建模 被引量：2

13

作者 董永亨 李淑娟 +4 位作者 张倩 洪贤涛 李鹏阳 李旗 李言 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期282-294,共13页

提出球头铣刀静态铣削力的半解析建模方法。基于齐次坐标变换原理建立考虑刀具姿态调整的刀齿切削运动轨迹方程。用球面代替刀齿扫掠面,将加工过程中刀具和工件瞬时接触区域(简称刀-工切触区域)的识别转换为其三条边界线和三个交点的求... 提出球头铣刀静态铣削力的半解析建模方法。基于齐次坐标变换原理建立考虑刀具姿态调整的刀齿切削运动轨迹方程。用球面代替刀齿扫掠面,将加工过程中刀具和工件瞬时接触区域(简称刀-工切触区域)的识别转换为其三条边界线和三个交点的求解问题,基于齐次坐标逆变换原理提出刀-工切触区域的半解析求解方法。通过Newton-Raphson数值法计算出参考线与刀齿实际扫掠面的交点,获得瞬时未变形切屑厚度。基于改进机械建模法求得微元铣削力,借助齐次坐标变换原理将微元铣削力转化至主轴随动坐标系,并通过积分法求解出瞬时静态铣削力。切削力验证试验表明,所提出的球头铣刀铣削力求解方法可以有效地预测铣削力,与改进Z-MAP法相比具有更高的计算效率。 展开更多

关键词 球头铣刀铣削 铣削力 刀-工切触区域 未变形切屑厚度 半解析法

原文传递

基于MAS的CWE计算框架关键技术研究

14

作者 彭小波 冯平 JueWang 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2007年第19期202-205,共4页

CWE(Cutter/Workpiece Engagement)计算是加工过程仿真与优化研究中的一个重要问题。在CWE计算过程中,工件模型不断被更新,其几何越来越复杂,计算开销越来越大。为了提高CWE计算的效率,提出了一个基于MAS(Multi-Agent System)的CWE计算... CWE(Cutter/Workpiece Engagement)计算是加工过程仿真与优化研究中的一个重要问题。在CWE计算过程中,工件模型不断被更新,其几何越来越复杂,计算开销越来越大。为了提高CWE计算的效率,提出了一个基于MAS(Multi-Agent System)的CWE计算方法。该方法将CWE计算的任务加以分解,利用Internet/Intranet中的各个Agent进行分布式计算,对计算的结果进行组装得到最终结果。最后给出了原型系统的实现和一个实际计算的例子。 展开更多

关键词 CWE 虚拟加工 MAS

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