高速铣削系统动态分析及切削力测定
高速铣削加工切削力和切削温度关系解析
高速铣削钛合金的切削力和切削温度切削力和切削温度试验在五坐标高速加工中心上进行，采用YOLO-YDXC-III切削三向力测试系统对铣削力进行测量，采用夹丝半人工热电偶方法对铣削温度进行测量。
试验用刀具为Walter WMG40硬质合金机夹刀片，工件材料为钛合金TA15，热处理状态为退火。
采用单因素试验，考察不同铣削速度下切削力和切削温度的变化规律。
其他切削条件为：轴向切深ap=6mm，径向切深ae=1mm，每齿进给量fz=0.1mm/z。
为典型的铣削力信号图以及后刀面磨损VB＝0.15mm 时的切削力与铣削速度关系曲线。
铣削力的方向定义为：进给方向为X，铣刀径向切深方向为Y，刀具轴向为Z。
可以看到在此范围内，Fx和Fz变化不大，而Fy随切削速度的提高略有下降。
试验和理论表明：一方面随着切削速度的上升，两个因素会导致切削力的增加。
首先是由断续切削造成的切削力冲击和动态切削力的数值会增加；其次，材料的应变硬化程度严重，导致剪切区变形抗力增加。
另外一方面，切削速度上升导致的切削温度上升也会使被加工材料软化，使切削力减小。
所以，切削速度对切削力的影响，要看这两方面综合作用的结果。
当刀具后刀面磨损达到一定程度时，随着切削速度的增加，由温度升高所导致的材料软化影响占主导地位，其作用超过动态切削力增加和应变硬化增加两方面的影响，所以总的铣削力呈下降趋势。
典型的铣削温度热电势信号及50～550m/min 切削速度范围内的切削温度与铣削速度的关系。
切削温度随铣削速度增加有一直上升的趋势，但是在不同的速度范围内，切削温度上升的程度是不同的。
在较低的速度范围内，温度随切削速度而上升的趋势较快，而在较高的速度范围内，温度随切削速度而上升的趋势变缓。
这一现象产生的原因在于，随着切削速度的增加，传入切屑的热量比例增加，更多的热量被切屑带走；而传入工件和刀具的热量的比例减小，相应的刀具和工件的温度升高也不明显。
高速铣削钛合金的刀具磨损钛合金高速铣削刀具磨损机理和刀具耐用度是生产过程中较受关注的问题。
数控机床铣削刀具的切削力测量方法
数控机床铣削刀具的切削力测量方法数控机床在现代制造业中扮演着重要的角色，而切削力测量是对数控机床铣削刀具性能和切削过程进行评估的关键。
切削力的准确测量可以帮助制定和优化刀具和加工参数，提高加工质量和效率。
本文将介绍数控机床铣削刀具的切削力测量方法。
切削力是指刀具在铣削过程中对工件施加的力，它直接影响切削质量和加工效率。
因此，准确测量切削力是评估刀具性能和优化加工过程的重要步骤。
目前，常用的数控机床铣削刀具切削力测量方法主要包括力传感器法、弹道法和求解法。
力传感器法是一种常用且直接的切削力测量方法。
利用力传感器直接测量力的大小和方向，通过把力传感器安装在数控机床的刀架或刀具上，可以测量切削时产生的切向力和轴向力。
切向力是指垂直于切削方向的力，轴向力是指沿切削方向的力。
利用力传感器法可以准确测量刀具在不同工况下的切削力，为刀具的设计和选择提供重要参考。
弹道法是一种间接测量切削力的方法。
它利用切削过程中刀具的变形特点来估计切削力。
首先，在刀具表面上安装一根弹性电阻应变片或纤维光栅传感器，当刀具受到切削力时，弹性电阻应变片或纤维光栅传感器产生变形，并通过测量变形的大小来计算切削力。
弹道法能够测量不同工况下的切削力变化，但精度相对较低，误差较大。
求解方法是一种基于数值计算的切削力测量方法。
它利用工件材料的切削性质和数学模型来计算切削力的大小。
在进行数值计算之前，需提供一些参数，如切削速度、进给量、切削深度等。
通过求解方法可以在不进行实际切削的情况下预测和评估切削力，为刀具设计和加工参数优化提供参考。
在实际应用中，选择合适的切削力测量方法需要综合考虑多种因素，如测量精度、实施难度、设备要求等。
不同方法的选择取决于具体的研究对象和实验条件。
力传感器法是最常用的测量方法之一，其优点是测量精度较高；弹道法适用于对切削过程的总体变化进行研究；求解方法是一种无需实际切削的方法，适用于初步评估切削力。
总之，数控机床铣削刀具的切削力测量是评估刀具性能和优化加工过程的重要步骤。
切削力测量实验数据的处理及分析
进给量f(mm/r) 0.28 0.30 0.32
进给速度 Vf(mm/min) 280.00 300.00 320.00
转速n(r/min) 1000.00 1000.00 1000.00
均值 558.04 561.01 568.00
方差 1.01 0.94 0.97
0.08
0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26
图1-切削实例图
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实验目的
对曲面铣削加工在不同进给量下测得的主切削力的 实验数据进行处理。 以实际生产中常用的切削力经验模型为基础，求得 切削力与进给量的关系函数模型并与实际测得值的拟 合曲线进行对比和误差分析。
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实验原理
实验采用YDX-III9702三向压电铣削测力仪实现切 削载荷的在线综合测试。测试系统主要由测力仪(测力 传感器)、动态电阻应变仪(或放大器)、采集装置等 组成。
340.00
360.00 380.00 400.00 420.00 440.00 460.00 480.00 500.00
1000.00
1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00
577.03
582.95 587.99 593.00 605.00 607.03 610.99 618.05 624.97
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谢谢！ 敬请批评指正！
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薄壁零件高速铣削动态切削力
础 上 ， 用 两 自 由度 弹 性 一 尼 系统 ， 立 了适 合 薄壁 零 件 的 综 合 考 虑 刀 具 子 系统 和 工件 子 系统 动 态 特 性 的 动 态 采 阻 建
铣 削 力 模 型 。 最后 通 过 实 际 测 量 数 据 与 模 型 计 算 数 据 的 对 比 ， 证 了提 出的 动 态铣 削 力模 型 的 有 效 性 。 验
关键 词 ： 刀 ； 削 ； 旋 圆柱 铣 刀 ； 壁 零 件 ； 态铣 削 力 模 型 铣 切 螺 薄 动
中 图 分 类 号 ： Ｇ５ Ｔ ０ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ５２ １ （０ ８ ０ —０ ９０ １ ０ — ６ ５ ２ ０ ） １０ ８ — ５
Ｄｙ ａ ｉ ｉｌｎｇ Ｆｏｒ ｅ Ｍ ｏ ｌｆ ｒ Ｈ ｉ ｈ－ ｐ ｅ ｉｌｎｇ ｎ ｍ ｃ Ｍ ｌｉ ｃ ｄｅ ｏ ｇ Ｓ ｅ ｄ Ｍ ｌ ｉ
薄 壁 零 件 高 速 铣 削 动 态 切 削 力
澄 梁睿 君 王 宁 生 姜 宇
（ 京 航 空 航 天 大 学 机 电 学 院 ， 京 ２ ０１ 南 南 １０ ６）
，
摘 要 ： 过 微 元 铣 削 力 与 瞬 时 未 变 形切 屑 厚 度 之 间 的 线 性 关 系 ， 出 了螺 旋 圆 柱铣 刀 的 瞬 时切 削 力模 型 。 此 基 通 提 在
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｕｔｉ ｏｒ ｅ ｉ ｅ ｏｆｔ ｅ ｍ ｏ ｔｉ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｃ ｔｎｇ ｆ ｃ ｓｏｎ ｈ ｓ ｍｐｏ ｔ ｎｔｐａ ａ ｔ ｒ ｏ ｌｉ ｒ ｅ ｓ Ｔｈｉ ａ ｅ ｅ ｓ ｒ ａ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｆ ｒ ｍｉｌｎｇ ｐ ｏｃ ｓ ． ｓ ｐ ｐ ｒ ｓ ｔ
ｏ ｆ Ｔｈｉ Ｗ ａ ｌ ｄ Ｐａ ｔ ｎ— ｉｅ ｒ ｓ
高速铣削系统动态测试及切削力分析
高速铣削系统动态测试及切削力分析高速铣削系统是一种高效、精度高、操作简单的加工方式，在各种工件的加工过程中得到了广泛应用。
对于高速铣削系统的性能测试，主要分为静态测试和动态测试两种方式。
其中，动态测试是一种更加全面、准确的测试方式，可以对系统在实际切削过程中的性能进行评估。
同时，对于高速铣削系统的切削力分析，也是一种评估系统性能和优化工艺的重要手段。
一、高速铣削系统动态测试高速铣削系统的动态测试主要是指在实际切削过程中对系统性能进行评估。
这种测试方式可以反映系统的动态响应能力、切削稳定性、切削效率等方面的性能。
1.测试方法动态测试通常会选择一些标准化的加工工件，模拟实际加工过程，通过对加工过程中的各项数据进行采集和分析，对系统整体性能进行评估。
主要测试指标包括功率、转速、进给、切削深度、切削轮廓精度等方面的参数。
2.测试结果分析通过对测试数据的分析，可以得出以下结果：1）系统的功率和转速对切削稳定性有着重要的影响。
在适当的功率和转速范围内，系统的稳定性和加工效率都能得到最大化的提升。
2）切削深度和进给速度对切削效率的影响比较显著。
合理的切削深度和进给速度可以提高系统的加工效率和加工精度。
3）切削轮廓精度的提升是系统性能优化的重要手段之一。
通过适当的刀具选择、加工参数设置和工艺优化，可以提高系统的加工精度和一致性。
二、高速铣削系统切削力分析高速铣削系统的切削力分析可以为系统的性能评估和工艺优化提供重要参考。
切削力的大小和方向会直接影响系统的稳定性、切削效率和工件表面质量等方面。
1.切削力的来源切削力主要分为三个来源：1）弹性变形力：即由于被加工材料的弹性变形所产生的力，主要来自于材料的弹性模量、剪切模量等参数。
2）切削力：即由于刀具对材料切削所产生的力，与刀具刃口的形状、角度、材料等有关。
3）摩擦力：即由于切削面和加工物体表面之间的摩擦力所产生的力，主要受到机床和工件表面质量的影响。
2.切削力的分析方法切削力的分析方法主要有两种：1）理论计算法：通过对切削过程中各种力学参数的计算，得出切削力大小和方向的数值。
高速铣削中切削力的研究
碳纤维复合材料钻削过程中，钻削轴向力是 制孔过程中最重要的参数之一，是引起孔壁分层 、孔出入口毛刺和撕裂的主要原因。钻削碳纤维 复合材料过程中，无论是硬质合金刀具还是焊接 ＰＣＤ刀具，钻削轴向力随着进给速度的增大而 增大，随着主轴转速的增加而减小，而且进给速 度对钻削轴向力的影响要远大于主轴转速对钻削 轴向力的影响，这就决定了碳纤维复合材料高质 量钻削制孔通常要采用高主轴转速、小进给速度 。
切削热来自于三个方面:切屑底层金属的摩擦挤压变形热、切削层 金属的剪切变形热和己加工表面上的摩擦挤压变形热，据此将切屑区 划分为三部分:剪切区(第1变形区)温度场、刀/屑接触区(第2变形区) 温度场和刀/工接触区(第3变形区)温度场。
切削热在切削过程中的大致分为:1)大约80%的热量是切屑变形产 生的;2) 18%的热量产生在切屑和刀具的接触面上(第2变形区);3) 2%产生在刀刃上。产生的热量有三种耗散渠道:1)大约95%以上由切屑 带走;2) 2%留在工件上;3) 3%由刀具散热。因此从以上的数据来分 析可知，切削热主要来自第1变形区的剪切热和第2变形区的摩擦热。
ＰＣＤ和ＹＧ６Ｘ刀具后刀面切削刃磨损比较。在相 同刀具使用寿命下，即在钻完第４８个孔 后，对两种刀具的后刀面切削刃磨损量进行观测比较。分 析发现，在主轴转速为１００００ｒ／ｍｉｎ、进给速度 为２５ｍｍ／ｍｉｎ的条件下，普通硬质合金刀具的切削 刃磨损严重，后刀面磨损量达到了６２２μ ｍ超过了工业 上刀具的磨钝标准０．６ｍｍ；而焊接ＰＣＤ刀具后刀面 切削刃磨损量仅为４２μ ｍ切削刃仍比较锋利，切削轻快 。 ＰＣＤ制孔刀具在加工碳纤维复合材料中的优点明显 优于硬质合金刀具，ＰＣＤ刀具具有硬度高、导热性好、 耐磨性强等优点，无论在加工质量、加工效率和刀具寿命 等方面都体现出其巨大的优越性。
数控铣加工中切削力监测与控制技术的研究与创新
数控铣加工中切削力监测与控制技术的研究与创新内蒙古自治区包头市014030摘要:在数控铣加工中，切削力监测与控制技术的应用十分广泛。
合理设计和构建切削力监测系统，选择适当的传感器，并通过数据采集与存储实现实时监测与记录，能够提供有关切削过程的重要信息。
切削力测量与分析方法，如直接测量法、功率谱分析法和统计分析法等，可用于深入分析切削过程的效率和质量，并为优化加工参数提供依据。
切削力控制策略与算法，如反馈控制、预测控制和优化控制，可以实现对切削力的精确控制，提高加工效率和质量。
关键词：数控铣加工；切削力监测；控制技术引言数控铣加工是一种高效、精确的金属加工方法，在汽车、航空航天等行业中得到广泛应用。
切削力是指切削过程中刀具对工件的力量，它直接影响着加工的效率、质量和工具的寿命。
因此，切削力监测与控制技术在数控铣加工中具有重要意义。
1.数控铣床工作原理数控铣床是一种采用计算机技术控制的自动化机床，它能够根据事先编写好的程序精确地切割和加工金属、木材等材料。
数控铣床通过夹具或工作台将待加工的工件定位在适当的位置上。
这需要遵循设计图纸或CAD模型，并确保工件的固定牢固。
根据加工要求，选择合适的刀具类型和规格。
数控铣床可以同时安装多个刀具，通过刀库自动更换不同的刀具。
安装好刀具后，需要进行刀具的长度和半径补偿的设置。
数控铣床的操作人员需要编写加工程序，即G代码。
G代码中包含了刀具路径、切削速度、进给速度等加工参数，并以机床控制系统所识别的格式输入到数控铣床中。
通过机床的控制系统，解释并执行编写好的程序。
机床控制系统会根据程序内容判断刀具如何移动，确定坐标轴的运动方式和速度，并控制切削、进给和冷却等动作。
数控铣床配备有各种传感器，如切削力传感器、温度传感器等，可以实时监测加工过程中的工件状态和刀具状况，从而实现自动化的质量控制和故障检测。
PLC控制系统通常由PLC主机、输入输出模块、电源模块和其他外围设备组成。
切削力的在线测量与动态预测研究
切削力的在线测量与动态预测研究章节一：前言随着工业生产的不断发展，切削加工逐渐成为了工业制造中不可或缺的一环。
切削加工是通过将工件与切削工具之间的相对运动转化为切削切削力，再运用切削原理将工件材料切除来实现目的。
因此，切削力作为表征切削加工加工质量的重要指标，需要被严密地监测和计算。
目前，对于切削力的测量主要是通过加载力传感器的方式实现，但是这种传统测量方式无法进行实时监测，同时也无法进行自适应预测和控制，因此亟需进行研究切削力的在线测量和动态预测。
本文将介绍切削力在线测量和动态预测的相关研究，探讨切削力测量在工业制造中的应用价值以及未来发展方向。
章节二：切削力的在线测量2.1 传统测量方式传统的切削力测量方式是通过加载力传感器，然后测量切削主轴所产生的切削力的大小。
传感器可以安装在刀柄上，将切削力传递到测量系统中。
这种方式的优点是操作简单、使用方便，而且精度较高。
但是，由于数据采集的不及时，实时性较弱，因此不利于对加工过程进行实时监测和控制。
2.2 在线测量方式在线测量方式是通过将各种传感器安装在工具和工件之间，实时监控切削力的变化。
由于数据的实时性和完整性，可以直接将数据反馈到系统中进行实时调整。
通过在线监测切削力来实现切削过程的控制，可以避免在加工过程中出现质量问题。
目前，深度学习、机器视觉、多传感器融合等技术已经广泛应用于在线测量，为切削力的实时监测和预测提供了一定的保障。
章节三：切削力的动态预测3.1 基于统计方法的预测基于统计方法的切削力预测是根据以往的经验和数据，通过统计分析方法建立预测模型。
其中包括回归模型、神经网络模型、支持向量机和人工神经网络等方法，这些方法可以提高预测准确性并降低预测误差。
3.2 基于物理建模的预测基于物理建模的切削力预测是一种基于物理模型的建模方法，模型可以描述切削过程的动力学性质，通过数学模型来预测切削力的变化。
这些模型可以预测切削过程中的中心点轨迹、进给量、芯径和圆弧轮廓等物理量。
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高速铣削系统动态分析及切削力测定
李世春 ，彭程 ，刘安 民
（ 长江 师范 学院机械 工程 学 院 ，重庆 ４ ８０ ） ００ ３
摘要 ：工件 的切削加工与过程 动态力学 之间存在着必然 的内在联系 。由于铣 削系统 中的振 动 ，特别高速铣 削加 工过程 中的振动 ，在运用 Ｋ Ｓ Ｌ Ｒ测力计系统测量切削力时 ，通常会 出现信号失 真现象 。为此 ，对 铣削 系统进行 了动力学 分析 ， ＩＴ Ｅ 测量 了切削过程 中工件的振动 ，估算 了工件 的惯性力 、测力计等效质量和测定 的力学数据增量 。试 验结果表 明 ，高速铣 削 硬钢构件时 的振动 ，是 由较强的冲击、切屑 以及共振所产生 ，这些 因素在分析切削力和切削过程时不容 忽视 。 关键词 ：高速铣削 ；切削力 ；测量
２１年 １ ０１ ２月
机床与液压
ＭＡＣ ＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ ＨＩ Ｉ
Ｄｅ ． ０１ ｃ２ １ Ｖｏ． ９ Ｎｏ ２ １３ ． ３
第３ ９卷 第 ２ ３期
Ｄ Ｉ １ ．９９ ｊｉ ｎ １０ — ８ １２ １．３ ０ ８ Ｏ ： ０ ３ ６／．ｓ ．０ １ ３ ８ ．０ １２ ．０ ｓ
ＬＩＳ ｉ ｈ ｎ．Ｐ ｈｃ ｕ ＥＮＧ ｅ ｆ ｃａ ｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇ Ｙ ｎ ｔ ｏｍａ Ｕ ｉ ｒｔ ， ｈ ｎｑｎ ０ ０ ３ ｈｎ ） Ｓｈ ｏ ｏ ｈ ｎｃ ｇ ｅｉ ， ａｇｚ Ｎ ｒ ｌ ｎｖ ｓｙ Ｃ ｏ ｇ ｉｇ ８０ ，Ｃ ｉａ Ｍｅ ａＥ ｎ ｎ ｅ ｅｉ ４
中图分 类号 ：Ｔ １ Ｈ６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ３ ８ ２ １ ）２ ０ ８— ０ １— ８ １（０ １ ３— ２ ３
Ｄｙ ｍｉ ｓＡｎａｙ ｉ ｎ ｎａ ｃ ｌ ｓｓ ａ ｄ Ｃｕｔｉ ｇ Ｆｏ ｃ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｎ Ｈｉ ｈ－ ｅ ｄ ｉｌ ｙ ｔ ｍ ｔｎ ｒ ｅ Ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｓ ｉ ｇ Ｓｐ ｅ Ｍ ｌｉ Ｓ ｓ ｅ ｎｇ
相对稳 定的切 削力对 于降低刀具的磨损及提高加 工零件表面质量非常重要 ，获得瞬时切削力 数据有利 于对机床主轴 、工件系统和铣削加工过程的不稳定理 论进行分析和试验研究 ，而且切削力数据可以帮助人 们合理确定铣轴转速、进刀量 、铣刀受载参 数 ，优化 铣床数控编程。如何快速获得大量可靠的切削力数 据 是金属切削加工行业工程 技术人员 和实验研究机构的