CN104493636A - 一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法 - Google Patents
一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104493636A CN104493636A CN201410634983.4A CN201410634983A CN104493636A CN 104493636 A CN104493636 A CN 104493636A CN 201410634983 A CN201410634983 A CN 201410634983A CN 104493636 A CN104493636 A CN 104493636A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- msub
- mrow
- phi
- mtd
- mfrac
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003801 milling Methods 0.000 title claims abstract description 118
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000005496 tempering Methods 0.000 title abstract 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 96
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005316 response function Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 38
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 10
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 6
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 6
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 6
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 6
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 5
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 238000011438 discrete method Methods 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 3
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910000853 7075 T6 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011825 aerospace material Substances 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23C—MILLING
- B23C3/00—Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
- B23Q11/10—Arrangements for cooling or lubricating tools or work
- B23Q11/1084—Arrangements for cooling or lubricating tools or work specially adapted for being fitted to different kinds of machines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
- B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23C—MILLING
- B23C2250/00—Compensating adverse effects during milling
- B23C2250/12—Cooling and lubrication
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q2717/00—Arrangements for indicating or measuring
- B23Q2717/006—Arrangements for indicating or measuring in milling machines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Milling Processes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法,包括:(a)为铣床主轴及配置的立铣刀组装随其同步移动的液氮冷却喷头;(b)在低温冷却的条件下执行顺铣,并通过实验计算得出切向铣削力系数、切向刃口力系数、径向铣削力系数和径向刃口力系数等切削力系数:(c)对铣刀刀尖处执行锤击试验,基于试验结果拟合得到相应的位移频响函数,同时提取模态质量、模态阻尼和模态刚度等模态参数;(d)构建两自由度铣削动力学方程,然后基于该动力学方程对金属铣削过程的稳定性边界进行预测,并相应调整铣削加工参数。通过本发明,能够综合解决切削热和切削工艺***失稳的问题,并显著提高深冷加工的最大无颤振材料去除率。
Description
技术领域
本发明属于铣削加工工艺技术领域,更具体地,涉及一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法。
背景技术
在各种金属铣削加工工艺中,冷却液获得了广泛应用,其中通过向切削区喷淋冷却液,可以有效降低刀具与工件材料间的摩擦系数,带走大部分传入刀具、工件及切屑中的切削热,从而起到降低切削温度并改善表面加工质量的效果。然而,对于钛合金、高温合金等广泛应用于航空航天工业的难切削材料,需要采用大量的冷却液并选取较保守的工艺参数来保证足够的刀具寿命和可靠的表面质量,因而其材料去除率很低;而且由于冷却液本身对操作工人及环境有害,其循环再利用及废弃液的污染治理成本也是日益突出的技术问题。
除了切削热外,切削工艺***失稳(即颤振现象)同样是制约材料去除率的另外一个重要因素。由于切屑厚度的再生效应引发工艺***失稳是最常见的一类颤振,现有技术中已经有少量的相关研究,例如,Tlusty等人提出了采用稳定性叶瓣图来描述切削加工过程稳定性与切削参数关系,并运用该叶瓣图来计算切削工艺***的稳定性。测试表明,在铣削过程中如超过临界切深,工艺***就会失稳发生颤振,导致刀具与工件之间过大的振动位移,甚至引发刀具破损及工件报废,因此切削过程稳定性是选取工艺参数时的首要问题。相应地,本领域中亟需对以上技术问题进行更为深入的研究,并提出相应的有效解决对策。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法,其中通过结合铣削加工自身的工艺特点,采用液氮喷射方式对铣刀及工件切削部位执行低温冷却,并基于低温冷却状态下的铣削力系数和刀具模态参数来构建可准确反映铣削稳定性边界的铣削动力学模型,相应能够综合解决切削热和切削工艺***失稳的问题,并尤其适用于钛合金、高温合金之类航空航天材料的铣削加工场合。
为实现上述目的,按照本发明,提供了一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(a)为铣床主轴及配置的立铣刀组装液氮冷却喷头,该液氮冷却喷头随着铣床主轴和立铣刀同步移动,并用于在整个铣削过程中向立铣刀和工件切削部位喷射液氮执行低温冷却;
(b)在上述低温冷却的条件下执行顺铣,并通过改进立铣刀的进给速度,测得多个不同的铣削工况下的平均切削力,然后基于以下表达式(一)和(二)及采用线性拟合的方式,计算得出包括切向铣削力系数、切向刃口力系数、径向铣削力系数和径向刃口力系数在内的一系列切削力系数:
其中,表示各个铣削工况下所测得的沿着X轴加工方向的平均切削力,表示各个铣削工况下所测得的沿着Y轴加工方向的平均切削力,ap表示各个铣削工况下对应的轴向切深,ft表示各个铣削工况下对应的每齿进给,Krc表示待拟合求解的径向铣削力系数,Ktc表示待拟合求解的切向铣削力系数,Kre表示待拟合求解的径向刃口力系数,Kte表示待拟合求解的切向刃口力系数,φst表示各个铣削工况下对应的切入角,φex表示各个铣削工况下对应的切出角,φ表示在铣削过程中不断变化的刀齿-工件接触角,N表示刀齿数;
(c)在立铣刀的端部附近设置力锤及加速度传感器,将力锤敲击力作为激励输入信号,将立铣刀刀尖点处对应产生的加速度作出输出信号,以此方式,同样在上述述低温冷却的条件下执行锤击试验,然后基于试验结果拟合得到相应的位移频响函数,同时提取包括模态质量、模态阻尼和模态刚度在内的一系列模态参数;
(d)利用步骤(b)和(c)所获得的一系列切削力系数和模态参数,构建如以下表达式(三)所示的两自由度铣削动力学方程,然后基于该动力学方程对金属铣削过程的稳定性边界进行预测,并相应调整铣削加工参数:
其中,mx,cx,kx分别表示通过步骤(c)所获取的立铣刀刀尖点处沿着X轴加工方向的模态质量、模态阻尼和模态刚度,my,cy,ky分别表示通过步骤(c)所获取的立铣刀刀尖点处沿着Y轴加工方向的模态质量、模态阻尼和模态刚度;q(t)为铣刀刀尖点处随着加工时刻t而变化的瞬时动态位移,q′(t)、q″(t)分别为该瞬时动态位移q(t)的一阶导数和二阶导数;Kc(t)表示随加工时刻t而变化的动态切削导向系数矩阵;Δq(t)表示立铣刀在当前加工时刻t与前一加工时刻之间所发生的相对位移;W表示刀齿后刀面的磨损长度;Vcut表示刀齿的切削线速度;Sp表示稳态加工时刀齿与工件之间的挤压等效面积;Ceq(t)表示随加工时刻t而变化的等效过程阻尼导向系数矩阵。
作为进一步优选地,在步骤(c)中,优选采用有理分式多项式法对拟合所述位移频响函数。
作为进一步优选地,在步骤(d)中,优选采用以下公式来计算所述动态切削导向系数矩阵Kc(t)和所述等效过程阻尼导向系数矩阵Ceq(t):
其中,ap表示各个铣削工况下对应的轴向切深,N表示刀齿数;φj(t)表示对于立铣刀的第j个刀齿而言,在其轴向高度z处的切削刃微元随加工时刻t而变化的接触角;g(φj(t))表示随接触角变化的开关函数;Krc、Ktc、Kre和Kte分别表示通过步骤(b)所求解出的一系列切削力系数;Ω表示立铣刀的铣削转速;β表示立铣刀的螺旋角;R表示立铣刀的半径;φst、φex分别表示铣削切入角和切出角。
作为进一步优选地,在步骤(d)中,优选采用以下公式来计算所述挤压等效面积Sp和刀齿切削线速度Vcut:
其中,rε表示刀齿的刃口半径,αs表示刃口切屑分流点的方位角,γc表示刀齿的刀刃后角;R表示立铣刀半径,Ω表示立铣刀的铣削转速。
作为进一步优选地,在步骤(d)中,优选采用半离散法对金属铣削过程的稳定性边界进行预测。
作为进一步优选地,所述被铣削加工的金属优选为钛合金、高温合金之类的航空航天用难切削材料。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,由于在铣削过程中同步采用液氮喷射冷却,能够在有效降低铣削力系数的同时提高刃口力系数,增强刀具与工件之间接触时的过程阻尼效应;尤其是,通过基于低温冷却状态下的铣削力系数和刀具模态参数来构建铣削动力学方程,实际测试表明,可准确反映铣削稳定性的边界并预测稳定域的提升量,显著提高深冷加工的最大无颤振材料去除率,同时为深冷铣削加工参数的选择提供更大的可行空间。
附图说明
图1是按照本发明优选实施例的液氮低温冷却***和锤击试验***的结构示意图;
图2是用于显示刀齿刃口半径rε,刃口切屑分流点的方位角αs和刀刃后角γc等参数的示意图;
图3是用于显示X轴加工方向的平均铣削力与每齿进给之间的关系示意图;
图4是用于显示Y轴加工方向的平均铣削力与每齿进给之间的关系示意图;
图5是用于显示立铣刀刀尖点处沿着X轴加工方向的频响函数示意图;
图6是用于显示立铣刀刀尖点处沿着Y轴加工方向的频响函数示意图;
图7是用于显示按照本发明在干切削和深冷切削加工条件下各自测得的切削力信号及其频谱示意图;
图8是用于显示按照本发明在干切削和深冷切削加工条件下各自获得的铣削稳定性叶瓣示意图;
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明优选实施例的液氮低温冷却***和锤击试验***的结构示意图。如图1中所示,下面将以VMC-50加工中心(数控***为华中210B***)顺铣加工7075-T6铝合金为例,阐明实现本方法的过程和效果。该机床为双转台式五轴加工中心,采用山高HSK-63A刀柄及弹簧夹头,选用TAP硬质合金平底立铣刀,刀具半径R=4mm,刀齿数N=2,螺旋角β=30°。该硬质合金铣刀的刀刃后角γc=5°,刃口半径rε=0.01mm,后刀面磨损长度取W=0.04mm,刀刃上切屑分流点的方位角取经验值αs=60°,上述刀齿刃口参数具体如图2中所示,其中V表示分流点。
首先,为铣床主轴及配置的立铣刀组装液氮冷却喷头,如图1中所示,该液氮冷却喷头随着铣床主轴和立铣刀同步移动,并用于在整个铣削过程中向立铣刀和工件切削部位喷射液氮执行低温冷却;其中液氮罐为泰来华顿XL-180低压型自增压液氮罐,输液管及夹具及液氮喷头均为设计定制部件,并在装夹好的压电测力仪上安装铝合金工件。
接着,譬如选择径向切深4mm,轴向切深2mm,主轴转速1800r/min,分别在每齿进给量0.06mm/z,0.09mm/z,0.12mm/z,0.15mm/z的工况在干切削和上述液氮喷射深冷加工的条件下进行半接触顺铣,并测得多个不同的铣削工况下的平均切削力,其中X轴加工方向的平均切削力及Y轴加工方向的平均切削力与每齿进给量的关系分别如图3,4所示。
然后,基于以下表达式(1)和(2)及采用线性拟合的方式,可计算得出包括切向铣削力系数、切向刃口力系数、径向铣削力系数和径向刃口力系数在内的一系列切削力系数:
其中,表示各个铣削工况下所测得的沿着X轴加工方向的平均切削力,表示各个铣削工况下所测得的沿着Y轴加工方向的平均切削力,ap表示各个铣削工况下对应的轴向切深,ft表示各个铣削工况下对应的每齿进给,Krc表示待拟合求解的径向铣削力系数,Ktc表示待拟合求解的切向铣削力系数,Kre表示待拟合求解的径向刃口力系数,Kte表示待拟合求解的切向刃口力系数,φst表示各个铣削工况下对应的切入角,φex表示各个铣削工况下对应的切出角,φ表示在铣削过程中不断变化的刀齿-工件接触角,N表示刀齿数;通过上述计算可知,干切削下的切向铣削力系数Ktc=1384.03N/mm2,切向刃口力系数Kte=10.50N/mm2,径向铣削力系数Krc=696.70N/mm2,径向刃口力系数Kre=9.24N/mm2;深冷加工下的切向铣削力系数Ktc=834.83N/mm2,切向刃口力系数Kte=24.27N/mm2,径向铣削力系数Krc=100.48N/mm2,径向刃口力系数Kre=29.66N/mm2;可见液氮喷射深冷加工能够大幅度降低铣削力系数,提高刃口力系数,增强过程阻尼效应。
接着,采用如图1中所示的锤击试验***来执行刀尖点模态辨识。其中,在立铣刀的端部附近设置力锤及加速度传感器,将力锤敲击力作为激励输入信号,将立铣刀刀尖点处对应产生的加速度作出输出信号,以此方式,同样在干切削和液氮喷射深冷加工的条件下分别执行锤击试验,然后基于试验结果拟合得到如图5和图6示范所示的位移频响函数Hd(ω)(该操作譬如可采用NI采集卡来采集输入信号和输出信号,并由模态测试软件如ModelView来处理获得位移频响函数),同时由拟合的位移频响函数来进一步提取包括模态质量、模态阻尼和模态刚度在内的一系列模态参数,其具体结果如下:
干切削下,X方向模态质量mx=0.0121kg,模态刚度kx=1522334N/m,阻尼比cx=4.0705kg/s;Y方向模态质量my=0.0124kg,模态刚度ky=1553675N/m,阻尼比cy=4.1618kg;/s液氮喷射深冷加工条件下,X方向模态质量mx=0.0143k,g模态刚度kx=1748103N/m,模态阻尼cx=5.0554kg/s;Y方向模态质量my=0.0136kg,模态刚度ky=1663012N/m,阻尼比cy=4.8163kg/s。
最后,利用上述所获得的一系列切削力系数和模态参数,构建如以下表达式(3)所示的两自由度铣削动力学方程,然后基于该动力学方程对金属铣削过程的稳定性边界进行预测,并相应调整铣削加工参数。该两自由度铣削动力学方程的具体推导过程如下,并且在预测稳定性边界的操作中优选采用半离散法。
其中,mx,cx,kx分别表示通过步骤(c)所获取的立铣刀刀尖点处沿着X轴加工方向的模态质量、模态阻尼和模态刚度,my,cy,ky分别表示通过步骤(c)所获取的立铣刀刀尖点处沿着Y轴加工方向的模态质量、模态阻尼和模态刚度;q(t)为铣刀刀尖点处随着加工时刻t而变化的瞬时动态位移,q′(t)、q″(t)分别为该瞬时动态位移q(t)的一阶导数和二阶导数;Kc(t)表示随加工时刻t而变化的动态切削导向系数矩阵;Δq(t)表示立铣刀在当前加工时刻t与前一加工时刻之间所发生的相对位移,换而言之也即当前加工时刻与t-T加工时刻之间的相对位移,其中T为每转过一个刀齿的周期;W表示刀齿后刀面的磨损长度;Vcut表示刀齿的切削线速度;Sp表示稳态加工时刀齿与工件之间的挤压等效面积;Ceq(t)表示随加工时刻t而变化的等效过程阻尼导向系数矩阵。
在此计算过程中,对于Kc(t)、Vcut、Ceq(t)这些中间参数而言,其可以采用本领域各种适当的算法来获得,作为本发明中的优选实施方式,以下给出了一些具体推导过程譬如如下:
其中,ap表示各个铣削工况下对应的轴向切深,N表示刀齿数;φj(t)表示对于立铣刀的第j个刀齿而言,在其轴向高度z处的切削刃微元随加工时刻t而变化的接触角;g(φj(t))表示随接触角变化的开关函数;Krc、Ktc、Kre和Kte分别表示通过步骤(b)所求解出的一系列切削力系数;Ω表示立铣刀的铣削转速;β表示立铣刀的螺旋角;R表示立铣刀的半径;φst、φex分别表示铣削切入角和切出角。
类似地,对于中间参数Sp、Vcut而言,本发明同样给出了优选的计算公式譬如如下:
其中,rε表示刀齿的刃口半径,αs表示刃口切屑分流点的方位角,γc表示刀齿的刀刃后角;R表示立铣刀半径,Ω表示立铣刀的铣削转速。
通过对干切削及深冷加工下各自求得的铣削稳定性边界进行分析可知,如图8中所示,其中C,D,E,F,G点为干切削时失稳而在深冷加工中稳定的参数点,可见深冷加工下铣削稳定边界相比干切削整体向上移动,最大临界切深提高了50%~100%。此外,参见图7,分别显示了参数点E(10280r/min,ap=0.4mm)在干切削及深冷加工下的X向切削力信号及频谱,可以看出,该点在干切削下发生颤振,切削力幅值较大,频谱中出现颤振频率(1884Hz,2226Hz,2569Hz),而在深冷加工下该参数点是稳定的,切削力幅值远小于干切削,波形规则且切削力频谱中颤振频率消失。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(a)为铣床主轴及配置的立铣刀组装液氮冷却喷头,该液氮冷却喷头随着铣床主轴和立铣刀同步移动,并用于在整个铣削过程中向立铣刀和工件切削部位喷射液氮执行低温冷却;
(b)在上述低温冷却的条件下执行顺铣,并通过改进立铣刀的进给速度,测得多个不同的铣削工况下的平均切削力,然后基于以下表达式(一)和(二)及采用线性拟合的方式,计算得出包括切向铣削力系数、切向刃口力系数、径向铣削力系数和径向刃口力系数在内的一系列切削力系数:
其中,表示各个铣削工况下所测得的沿着X轴加工方向的平均切削力,表示各个铣削工况下所测得的沿着Y轴加工方向的平均切削力,ap表示各个铣削工况下对应的轴向切深,ft表示各个铣削工况下对应的每齿进给量,Krc表示待拟合求解的径向铣削力系数,Ktc表示待拟合求解的切向铣削力系数,Kre表示待拟合求解的径向刃口力系数,Kte表示待拟合求解的切向刃口力系数,φst表示各个铣削工况下对应的切入角,φex表示各个铣削工况下对应的切出角,φ表示在铣削过程中不断变化的刀齿-工件接触角,N表示刀齿数;
(c)在立铣刀的端部附近设置力锤及加速度传感器,将力锤敲击力作为激励输入信号,将立铣刀刀尖点处对应产生的加速度作出输出信号,以此方式,同样在上述述低温冷却的条件下执行锤击试验,然后基于试验结果拟合得到相应的位移频响函数,同时提取包括模态质量、模态阻尼和模态刚度在内的一系列模态参数;
(d)利用步骤(b)和(c)所获得的一系列切削力系数和模态参数,构建如以下表达式(三)所示的两自由度铣削动力学方程,然后基于该动力学方程对金属铣削过程的稳定性边界进行预测,并相应调整铣削加工参数:
其中,mx,cx,kx分别表示通过步骤(c)所获取的立铣刀刀尖点处沿着X轴加工方向的模态质量、模态阻尼和模态刚度,my,cy,ky分别表示通过步骤(c)所获取的立铣刀刀尖点处沿着Y轴加工方向的模态质量、模态阻尼和模态刚度;q(t)为铣刀刀尖点处随着加工时刻t而变化的瞬时动态位移,q′(t)、q″(t)分别为该瞬时动态位移q(t)的一阶导数和二阶导数;Kc(t)表示随加工时刻t而变化的动态切削导向系数矩阵;Δq(t)表示立铣刀在当前加工时刻t与前一加工时刻之间之间所发生的相对位移;W表示刀齿后刀面的磨损长度;Vcut表示刀齿的切削线速度;Sp表示稳态加工时刀齿与工件之间的挤压等效面积;Ceq(t)表示随加工时刻t而变化的等效过程阻尼导向系数矩阵。
2.如权利要求1所述的金属深冷加工方法,其特征在于,在步骤(c)中,优选采用有理分式多项式法来拟合所述位移频响函数。
3.如权利要求1或2所述的金属深冷加工方法,其特征在于,在步骤(d)中,在步骤(d)中,优选采用以下多个公式来计算所述动态切削导向系数矩阵Kc(t)和所述等效过程阻尼导向系数矩阵Ceq(t):
其中,ap表示各个铣削工况下对应的轴向切深,N表示刀齿数;φj(t)表示对于立铣刀的第j个刀齿而言,在其轴向高度z处的切削刃微元随加工时刻t而变化的接触角;g(φj(t))表示随接触角变化的开关函数;Krc、Ktc、Kre和Kte分别表示通过步骤(b)所求解出的一系列切削力系数;Ω表示立铣刀的铣削转速;β表示立铣刀的螺旋角;R表示立铣刀的半径;φst、φex分别表示铣削切入角和切出角。
4.如权利要求3所述的金属深冷加工方法,其特征在于,在步骤(d)中,优选采用以下公式来计算所述挤压等效面积Sp和刀齿切削线速度Vcut:
其中,rε表示刀齿的刃口半径,αs表示刃口切屑分流点的方位角,γc表示刀齿的刀刃后角;R表示立铣刀半径,Ω表示立铣刀的铣削转速。
5.如权利要求3或4所述的金属深冷加工方法,其特征在于,优选采用半离散法对金属铣削过程的稳定性边界进行预测。
6.如权利要求1-5任意一项所述的金属深冷加工方法,其特征在于,所述被铣削加工的金属优选为钛合金、高温合金之类的航空航天用难切削材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410634983.4A CN104493636B (zh) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | 一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410634983.4A CN104493636B (zh) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | 一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104493636A true CN104493636A (zh) | 2015-04-08 |
CN104493636B CN104493636B (zh) | 2017-02-15 |
Family
ID=52935136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410634983.4A Active CN104493636B (zh) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | 一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104493636B (zh) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105583689A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-05-18 | 华中科技大学 | 一种适用于Inconel718切削加工的双喷头式液氮冷却*** |
CN106681274A (zh) * | 2016-09-08 | 2017-05-17 | 北京理工大学 | 一种介观尺度弹性薄壁件变形在线预测及补偿方法 |
CN107423502A (zh) * | 2017-07-20 | 2017-12-01 | 西安交通大学 | 基于铣刀螺旋角和弯曲效应的铣削优化方法及优化*** |
CN107457609A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-12-12 | 西安交通大学 | 基于刚度变化的铣削颤振抑制方法及铣削颤振优化*** |
CN109048466A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-12-21 | 西安交通大学 | 一种基于多频变转速的铣削颤振抑制方法 |
CN109375578A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-02-22 | 湖南工学院 | 一种机油泵壳体内深孔高效加工控制方法 |
CN109702554A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-03 | 西安交通大学 | 一种自适应振动塑形铣削颤振抑制方法 |
CN109968548A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-07-05 | 南京理工大学 | 一种脆性材料复杂光学表面金刚石调谐切削方法与装备 |
CN111722586A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-29 | 华中科技大学无锡研究院 | 断续铣削振动分段控制方法 |
CN112621367A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-09 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种蠕墨铸铁的低温冷却加工方法 |
CN116689531A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-09-05 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | 一种高强tc4管材的制备方法 |
CN117103280A (zh) * | 2023-10-19 | 2023-11-24 | 中国长江电力股份有限公司 | 一种大型水轮机顶盖在位机器人减材加工方法及*** |
CN117733215A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-03-22 | 江苏升源锻造有限公司 | 一种特高压铝法兰铣削工艺 |
CN118036341A (zh) * | 2024-04-11 | 2024-05-14 | 中国长江电力股份有限公司 | 位姿依赖的在位机器人铣削加工模态耦合颤振建模方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008110430A (ja) * | 2006-10-30 | 2008-05-15 | Nsk Ltd | 加工方法及び工作機械 |
CN101493686A (zh) * | 2009-02-26 | 2009-07-29 | 上海交通大学 | 刀具模态参数不确定的曲面五轴数控工艺参数优化方法 |
CN101623835A (zh) * | 2008-07-08 | 2010-01-13 | 大隈株式会社 | 振动抑制方法及装置 |
KR20120132101A (ko) * | 2011-05-27 | 2012-12-05 | 부산대학교 산학협력단 | 비선형 감쇠 시스템에서의 비조화적이고 주기적인 가진력 추정방법 |
-
2014
- 2014-11-12 CN CN201410634983.4A patent/CN104493636B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008110430A (ja) * | 2006-10-30 | 2008-05-15 | Nsk Ltd | 加工方法及び工作機械 |
CN101623835A (zh) * | 2008-07-08 | 2010-01-13 | 大隈株式会社 | 振动抑制方法及装置 |
CN101493686A (zh) * | 2009-02-26 | 2009-07-29 | 上海交通大学 | 刀具模态参数不确定的曲面五轴数控工艺参数优化方法 |
KR20120132101A (ko) * | 2011-05-27 | 2012-12-05 | 부산대학교 산학협력단 | 비선형 감쇠 시스템에서의 비조화적이고 주기적인 가진력 추정방법 |
Cited By (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105583689A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-05-18 | 华中科技大学 | 一种适用于Inconel718切削加工的双喷头式液氮冷却*** |
CN106681274A (zh) * | 2016-09-08 | 2017-05-17 | 北京理工大学 | 一种介观尺度弹性薄壁件变形在线预测及补偿方法 |
CN106681274B (zh) * | 2016-09-08 | 2018-10-16 | 北京理工大学 | 一种介观尺度弹性薄壁件变形在线预测及补偿方法 |
CN107423502B (zh) * | 2017-07-20 | 2019-07-12 | 西安交通大学 | 基于铣刀螺旋角和弯曲效应的铣削优化方法及优化*** |
CN107423502A (zh) * | 2017-07-20 | 2017-12-01 | 西安交通大学 | 基于铣刀螺旋角和弯曲效应的铣削优化方法及优化*** |
CN107457609A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-12-12 | 西安交通大学 | 基于刚度变化的铣削颤振抑制方法及铣削颤振优化*** |
CN107457609B (zh) * | 2017-08-25 | 2019-12-03 | 西安交通大学 | 基于刚度变化的铣削颤振抑制方法及铣削颤振优化*** |
CN109048466A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-12-21 | 西安交通大学 | 一种基于多频变转速的铣削颤振抑制方法 |
CN109048466B (zh) * | 2018-09-03 | 2020-03-27 | 西安交通大学 | 一种基于多频变转速的铣削颤振抑制方法 |
CN109375578A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-02-22 | 湖南工学院 | 一种机油泵壳体内深孔高效加工控制方法 |
CN109702554B (zh) * | 2019-01-25 | 2020-01-31 | 西安交通大学 | 一种自适应振动塑形铣削颤振抑制方法 |
CN109702554A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-03 | 西安交通大学 | 一种自适应振动塑形铣削颤振抑制方法 |
CN109968548B (zh) * | 2019-04-16 | 2021-03-26 | 南京理工大学 | 一种脆性材料复杂光学表面金刚石调谐切削方法与装备 |
CN109968548A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-07-05 | 南京理工大学 | 一种脆性材料复杂光学表面金刚石调谐切削方法与装备 |
CN111722586B (zh) * | 2020-06-22 | 2023-09-15 | 华中科技大学无锡研究院 | 断续铣削振动分段控制方法 |
CN111722586A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-29 | 华中科技大学无锡研究院 | 断续铣削振动分段控制方法 |
CN112621367A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-09 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种蠕墨铸铁的低温冷却加工方法 |
CN116689531A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-09-05 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | 一种高强tc4管材的制备方法 |
CN116689531B (zh) * | 2023-08-09 | 2023-10-27 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | 一种高强tc4管材的制备方法 |
CN117103280A (zh) * | 2023-10-19 | 2023-11-24 | 中国长江电力股份有限公司 | 一种大型水轮机顶盖在位机器人减材加工方法及*** |
CN117103280B (zh) * | 2023-10-19 | 2023-12-22 | 中国长江电力股份有限公司 | 一种大型水轮机顶盖在位机器人减材加工方法及*** |
CN117733215A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-03-22 | 江苏升源锻造有限公司 | 一种特高压铝法兰铣削工艺 |
CN117733215B (zh) * | 2023-12-26 | 2024-07-30 | 江苏升源锻造有限公司 | 一种特高压铝法兰铣削工艺 |
CN118036341A (zh) * | 2024-04-11 | 2024-05-14 | 中国长江电力股份有限公司 | 位姿依赖的在位机器人铣削加工模态耦合颤振建模方法 |
CN118036341B (zh) * | 2024-04-11 | 2024-07-16 | 中国长江电力股份有限公司 | 位姿依赖的在位机器人铣削加工模态耦合颤振建模方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104493636B (zh) | 2017-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104493636B (zh) | 一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法 | |
Budak | An analytical design method for milling cutters with nonconstant pitch to increase stability, part 2: application | |
Veiga et al. | Review on machinability of titanium alloys: the process perspective | |
Peng et al. | Improvement of Ti–6Al–4V surface integrity through the use of high-speed ultrasonic vibration cutting | |
Kumar et al. | Machinability study on finish turning of AISI H13 hot working die tool steel with cubic boron nitride (CBN) cutting tool inserts using response surface methodology (RSM) | |
Korkmaz et al. | Experimental and statistical analysis on machinability of Nimonic80A superalloy with PVD coated carbide | |
Chen et al. | Study on cutting force and surface micro-topography of hard turning of GCr15 steel | |
Mo et al. | An example of selection of the cutting conditions in broaching of heat-resistant alloys based on cutting forces, surface roughness and tool wear | |
Susanto et al. | Milling process monitoring based on vibration analysis using Hilbert-Huang transform | |
Logins et al. | The influence of high-speed milling strategies on 3D surface roughness parameters | |
CN105873703A (zh) | 切削加工中的切削条件的设计方法 | |
de Carvalho et al. | Vibration analysis and energy efficiency in interrupted face milling processes | |
Bergs et al. | Influence of an additional indexing rotary axis on wire electrical discharge machining performance for the automated manufacture of fir tree slots | |
Sharma et al. | Effect of spindle speed, feed rate and cooling medium on the burr structure of aluminium through milling | |
Ahmed Al-Dolaimy | Effect of cutting parameters on surface roughness in turning operations | |
Gong et al. | Wear and breakage of coated carbide tool in milling of H13 steel and SKD11 hardened steel | |
He et al. | Study on the negative chamfered edge and its influence on the indexable cutting insert’s lifetime and its strengthening mechanism | |
CN105930654A (zh) | 一种适用于难加工材料高速车削过程的切削力建模方法 | |
Abdul Halim et al. | Prediction of cutting force for milling of Inconel 718 under cryogenic condition by response surface methodology | |
Lin et al. | Combination of ultrasonic vibration and cryogenic cooling for cutting performance improvement of Inconel 718 turning | |
Xiao et al. | Investigations on belt grinding of GH4169 nickel-based superalloy | |
EP3834974A1 (en) | A method for manufacturing a thin-walled part | |
Trimbakwade et al. | Optimization of CNC face milling process parameters for inconel 718 by using taguchi method–a review | |
CN110059374A (zh) | 一种基于刀具跳动及磨损的铣削力建模方法 | |
Zhuang et al. | Evaluation of cutting forces and surface integrity in flank milling of heat-resistant-super-alloys with coated cemented carbide tools |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |