针对双圆弧斜齿齿轮泵转子加工方法中存在的加工效率和精度比较低等问题,提出了利用球头铣刀在数控铣床上加工双圆弧斜齿齿轮泵转子的方法。研究目标是根据双圆弧斜齿齿轮泵转子方程,结合空间啮合原理,建立了双圆弧斜齿轮的加工坐标系,根据各坐标系之间的转换矩阵,建立了双圆弧斜齿齿轮泵转子的齿面方程,模拟使用球头铣刀进行加工过程,计算出加工刀具中心在平面和空间轨迹,同时给出判定球头铣刀不发生干涉的最大半径的方法。利用VERICUT软件建立虚拟制造环境并进行铣齿仿真加工,验证了双圆弧斜齿齿轮泵转子齿面数控加工方法的正确性及其可行性。

三维振动辅助铣削是一种新型获得复杂表面结构形貌的特殊加工方式,三个方向振幅对能够反映表面加工质量的工艺参数—铣削力有着重要影响。文章旨在探究振动幅值对铣削力的影响规律,首先根据振动辅助加工原理,建立了球头铣刀三维振动轨迹模型;其次,通过ABAQUS软件,基于铝合金7050-T6的J-C本构模型,建立了球头铣刀三维振动辅助铣削过程三维有限元模型;最后,检测了施加三维振动辅助后,仿真过程中球头铣刀的空间位移瞬态响应,对不同振动幅值下各个方向的输出铣削力进行分析。结果表明,三维振动辅助能够在一定程度上减小铣削力;增大振幅,使三个方向的最大铣削力增大,但纵向进给方向和横向进给方向的平均铣削力呈下降趋势,而垂直进给方向的平均铣削力增加到最大值后,振幅的增加对其平均铣削力影响变小。

提出了一种适用于球头铣刀多轴铣削加工的铣削力系数辨识方法.首先,将剪切力系数考虑为轴向位置角κ的多项式函数,推导了基于平均铣削力的铣削力系数辨识模型.然后,设计了多组刀具轴线与工件表面夹角不同的槽切铣削实验来实现铣削力系数辨识,以保证通过实验辨识得到的铣削力系数包含了球头铣刀不同姿态切削对铣削力的影响因素.最后,通过实验验证了该方法的正确性和可靠性.实验结果表明,该辨识方法相比于基于瞬时铣削力的辨识方法具有更好的抗干扰能力和更高的辨识精度,适用于球头铣刀多轴铣削加工的铣削力预测.

考虑到随机因素对球头铣刀铣削力的影响,提出一种基于Kriging和Monte Carlo求球头铣刀铣削力概率分布规律的方法。利用微元法建立螺旋导程恒定的球头铣刀的铣削力模型;利用平面槽切实验和采用最小二乘法估算铣削力系数;根据铣削力的分布信息抽取样本,基于Kriging求出铣削参数与铣削力之间的关系,并利用Monte Carlo方法计算球头铣刀铣削力概率分布。将提出的方法的结果与计算模型方法的结果进行对比,验证提出方法可以作为球头铣刀铣削力估计值的一种方法,该方法表达式简单,便于计算,为后续计算球头铣刀铣削精度可靠性打下基础。

为研究过盈装配对圆弧齿轮加工的影响,文中建立了圆弧齿轮端面坐标的数学模型.通过圆弧齿形的端面坐标,获得圆弧齿轮螺旋面方程,并以此为基础,分析齿轮与轴过盈配合所产生的接触应力和接触变形,求解出接触面允许的最大过盈量和最大接触应力.通过齿轮的变形,研究过盈配合对圆弧齿轮加工的影响.通过模拟球头铣刀加工圆弧齿形的过程,分析过盈变形对齿形加工的影响,对今后圆弧齿轮的加工以及过盈量的选择提供理论支持.

为了实现基于UG的等基圆齿面的快速自动编程及数控加工,以等基圆锥齿轮理论为基础,结合空间啮合原理,建立了等基圆齿锥齿轮的加工坐标系,根据各坐标系之间的转换矩阵,建立了等基圆齿锥齿轮的齿面方程,通过计算及离散点提取,在UG软件中对等基圆齿面进行建模。将建立好的齿轮模型导入UG软件,利用软件的CAM模块,对等基圆锥齿轮进行基于球头铣刀的数控加工自动编程,生成数控代码。将建立好的待精加工齿轮模型、数控代码一并导入VERICUT软件,利用VERICUT软件进行齿面精加工仿真,并利用VERICUT软件的曲面虚拟检查功能,对理论齿面与仿真加工所得齿面进行对比,验证了齿面建模、数控加工方法的正确性及其可行性。

针对X22CrMo V12-1-5钢汽轮机A880高压动叶片型面加工r5球头铣刀磨损机理及寿命进行研究。通过模拟现场工况下的r5球头铣刀磨损实验得到刀具磨损曲线和刀具寿命,分析了r5球头铣刀的磨损失效机理,得到r5球头铣刀最大不崩刃许用切削长度和铣刀全寿命周期中可以加工的叶片数目。利用所得到的r5球头铣刀寿命量化模型对加工现场报废的r5球头铣刀做了剩余寿命挖掘,研究发现加工现场报废的刀具仍然具有较大的使用价值并根据模型预测了其剩余寿命。研究结论可应用于实际生产中r5球头铣刀的寿命管理,大幅度提高实际加工中r5球头铣刀的使用效率。

试验研究了球头铣刀在不同刀具姿态下的铣削力影响规律,结果表明在采用球头铣刀进行铣削加工时,为了得到较小的铣削力,适宜采用前倾角＋15°,侧倾角＋15°这种刀具姿态。