张坤[1]2003年在《基于Web的钻削过程仿真系统的研究》文中提出随着网络技术的迅速发展和市场竞争的日益激烈，基于网络制造技术成为支持21世纪制造业的关键技术。这里有一个急需解决的瓶颈问题，就是要对机械加工过程进行仿真与优化，以便实现加工过程的信息化、智能化。本文主要以钻削加工过程为例，对基于Web的切削过程仿真进行研究.本文回顾了因特网的发展现状及其在企业中的应用，介绍了网络化制造产生的背景，回顾了网络化制造及作为其关键使能技术之一的切削过程仿真的研究现状。从深层技术的角度研究网络化制造的实现方法和切削过程仿真技术，建立了一种以TCP/IP协议为基础、浏览器/服务器技术为支持，实现基于Web的切削过程仿真系统体系结构。本文建立起国家标准直线刃麻花钻的切削几何参数的数学模型，并对前刀面的几何参数进行定量的分析。 鉴于钻削过程的复杂性，采用数学分析和经验值相结合的方法来研究钻削过程机理，建立钻削过程静态、动态力学模型。本文提出了一种基于Internet的钻削过程几何仿真的实现方法。基于Agent技术，以Java语言开发了基于浏览器的Applet用户界面，借助VRML的外部程序接口EAI，来实现VRML场景下的几何仿真；应用MatLab WebServer工具箱，建立基于Web的物理仿真系统结构，根据钻削过程的特征参数来交互式地实现物理仿真功能。本文以钻削过程为例证明了基于Web的切削过程仿真系统的体系结构是可行而有效的。该系统具有可扩展性、交互性、动态性，对实现网络化制造有很大的理论意义和实际价值。
张禹[2]2011年在《基于STEP-NC/Web的数控铣削加工仿真研究》文中提出数控加工仿真是采用计算机建模与图形仿真技术,在计算机上模拟数控加工的过程。也就是说,它可在不消耗实际材料、不占用机床设备的情况下,进行机床的运动仿真、工件加工过程的模拟、碰撞干涉检查等各项工作,并能对工件装夹的合理性、所选加工工艺参数的可行性和工件的可加工性做出评价。因此,数控加工仿真不仅成为最经济和最有效的数控程序验证方法,而且使得制造成本降低,产品开发周期缩短,产品质量提高以及数控操作人员的培训得到了改善。另外,随着先进制造技术和网络技术的发展,它已成为虚拟制造的一个重要组成部分,而且是实现网络化制造的基础。到目前为止,大多数的数控加工仿真研究或商业软件是基于G&M代码,依赖具体平台,单机的及互操作性差等,因而难以适应现代制造技术的发展。在这种情形下,本文在综合分析目前国内外数控加工仿真的基础上,围绕着国际标准化组织ISO (International Organization for Standardization, ISO)提出的新型数控数据标准STEP-NC (STEP-compliant Numerical Control, STEP-NC),以数控铣削加工为研究对象,提出了基于STEP-NC/Web数控铣削加工仿真系统的体系结构及深入研究了其关键技术,并且开发了原型系统。本文的主要研究内容如下：(1)论文阐述了国内外数控加工仿真的研究现状,分析当前各种研究方法中存在的问题,并在此基础上提出了本文的研究方向和思路。(2)论述了STEP (STandard for the Exchange of Product data, STEP)产品信息交换标准发展的历程、结构和内容。进一步,论述了作为STEP向数控领域的扩展STEP-NC产品加工信息的描述标准的发展背景及国内外发展状况,总结了国内外对STEP-NC研究的侧重点,研究了STEP-NC的数据模型,对比了STEP-NC的两个标准：ISO14649和ISO10303-238,选择ISO14649作为本文的研究标准,并通过与传统数控标准ISO6983的比较,阐述了STEP-NC标准的优势。(3)针对当前仿真系统的问题,提出了基于STEP-NC数控铣削加工仿真系统的功能模型和基于STEP-NC/Web的数控铣削加工仿真系统的体系结构,给出了实现基于STEP-NC/Web的数控铣削加工仿真系统所需要解决的关键技术,如Web应用系统的开发,STEP-NC铣削程序的生成,STEP-NC铣削程序信息的提取,加工工艺规划及优化,刀具路径的生成,基于特征实体造型技术,运动建模技术,图形动态显示技术,物理模型建模技术。(4)对基于Web的应用系统的开发进行了研究,即深入细致地研究了满足分布式异构的制造环境的基于Web系统的工作结构和开发语言、客户端和服务器端开发技术、异构环境的集成技术、数据传输格式、服务器以及基于Web的产品数据管理系统。(5)根据系统的功能模型,首先研究了作为数控加工仿真数据准备STEP-NC铣削程序的生成,包括基于STEP203文件的特征识别、基于STEP-NC制造特征的宏观工艺规划、详细工艺规划和微观工艺规划以及STEP-NC铣削程序信息的映射。接着,为了得到合理的加工路径,研究了基于STEP-NC的铣削加工工艺规划优化,特别是单工步铣削切削参数的多目标优化,以及基于铣削特征的刀具路径的规划方法。然后,研究了基于STEP-NC铣削加工仿真的虚拟加工环境的建立,包括以工步制造特征作为仿真建模的基本单元的毛坯模型和工件模型的几何建模、IS014649-111铣削刀具的几何建模和与STEP-NC兼容的通用数控机床模型。(6)针对工艺规划集成化、柔性化和智能化的问题,将遗传算法与神经网络专家系统相结合应用于基于STEP-NC的工艺规划,提出和建立了基于STEP-NC的智能工艺规划平台结构。(7)开发了基于STEP-NC/Web的数控加工仿真原型系统,从而验证了本文的研究内容。
黄立新[3]2011年在《印刷电路板定位安装孔钻削研究》文中进行了进一步梳理随着电子技术的发展,印制电路板(PCB)的应用越来越多,PCB的钻孔加工量也随之快速增长。常见的PCB板钻孔加工包括微小孔(直径0.3mm以下)和定位安装孔(直径2mm以上)加工。目前使用普通钻头加工定位安装孔中存在排屑不畅、钻头磨损和烧伤严重等问题,而且随着为了提高加工效率而提高转速和进给速度,这些问题更趋严重。虽然电路板上定位安装孔的数量远远小于微孔,但由于材料去除量大,钻头的消耗量同样很大。本文从印刷电路板制造业对PCB定位安装孔钻削加工技术的迫切实际需要出发,采用各种先进的数值仿真分析技术、材料微观分析技术、高速摄影和红外测温法等多种测试分析手段,对高速钻削PCB定位安装孔的钻屑形成机理、钻削力、钻削温度、钻头磨损、孔加工质量控制等,进行了深入的系统研究和分析；分析了钻屑形成过程与钻削力特征、钻头磨损和毛刺的关系,分析了钻削加工中钻削力、钻削温度的动态变化规律以及钻头磨损机理；建立了高速钻削加工条件与印刷电路板钻屑形态、钻屑形成规律、已加工表面质量、钻头磨损的关系；建立了基于热—力多物理场耦合理论的钻削加工PCB板中铜箔材料表面创成过程模型并对加工过程的多种特征进行了仿真；最后,基于对钻削过程及其主要特征的应用基础理论研究,分析了钻头结构与钻屑排屑的畅通关系,提出了改进钻头几何参数的基本原则和方法,并经过实际验证获得良好的加工效果。本文对PCB板高速钻削加工进行的系统深入的理论和实验研究,对于提高PCB孔加工理论、孔加工工艺技术和钻削工具的水平,有重要的学术和应用价值。本文主要研究结论如下：1.PCB安装定位孔高速钻削加工中产生的切屑是由铜屑、铝盖板屑和玻纤与树脂钻屑等不同PCB组分材料的切屑组成；因此,其呈不同的长度、厚薄和卷曲形态。铜箔钻屑分为长带状铜屑、短带状铜屑和C型屑叁类。玻璃纤维／树脂钻屑主要有小螺距的长锥螺旋扇面形、长螺距的短锥螺旋扇面形、扇面块状屑和连续带状。钻屑挤过钻头的螺旋刃沟空间,盘旋而出,形成长短不同的带状钻屑；钻屑经受不住剧烈的变形,首先在其内缘的裂口受张力而破裂,并迅速扩展而达到断裂,成为断裂单元屑(扇形屑,或C形屑)。钻屑的形态与钻削的钻削用量、钻头几何角度和钻头磨损等有密切关联。2.钻削PCB板时的不同组分材料表现出不同的钻削力特征。钻削上表层铜箔时由于迭加冲击力,钻削轴向力达到最大；钻削玻纤与树脂的轴向力较小,纤维互相交错存在导致钻削扭矩变化比较大。钻屑的排屑方向也影响轴向力的大小,当钻屑从上面排出时,和钻屑从下部排出,轴向力和扭矩差别巨大,轴向力很大程度上取决于排屑是否通畅。3.钻削用量中对钻削力影响最大的是进给速度,轴向力随着进给速度的增大呈线性增长趋势,而钻头直径在大直径尺度范围内(2-3mm)对轴向力的影响并不十分显着。钻头几何参数中,横刃对轴向力影响最大,对扭矩的影响不是十分显着,横刃的减少可以有效地降低钻孔的轴向阻力。顶角增加使轴向力增加,顶角影响排屑方向,但对扭矩影响不是十分显着；对轴向力影响最小的是螺旋角。4.不同的印刷电路板材料,其力信号的特征是不同的。针对不同的PCB板材,存在相应最小轴向力的最优钻头几何参数。钻削无卤素板时,螺旋角为15°时轴向力最大,而其它两种板则在15°螺旋角时轴向力最小；顶角为150°时叁种板的轴向力均最小。获得了加工FR4和HF板的钻削轴向力经验公式。5.钻头与工件接触面间的平均温度在200℃左右；钻削铜箔时的钻削温度最高为198.5℃,且明显高于钻削中间玻璃纤维树脂层的钻削温度,随着进给速度的增加,钻削区温度有下降的趋势。钻削热大部分是由钻屑带走。横刃厚度和螺旋角的增加,导致钻屑温度提高；顶角减小,则钻屑温度降低。钻削速度对钻削温度的影响大于进给速度的变化对钻削温度的影响。6.运用有限元数值计算技术建立了基于热—力多物理场耦合理论的钻削加工PCB板中铜箔材料表面创成过程模型；对钻屑生成、钻削力和钻削温度的仿真结果和PCB钻孔实测结果基本吻合。7.高速钻削PCB时硬质合金钻头磨损经历初期磨损、正常磨损和剧烈磨损叁个阶段。硬质合金钻头磨损机理主要有磨粒磨损、粘附磨损、挤压变形和微崩刃。后刀面磨损是稳定磨损期的主要磨损形式。引起PCB钻头磨损的主要原因还是钻头在钻削玻纤布时引起的磨粒磨损。各部分切刃的磨损形式有所不同,刀尖处和主切削刃存在磨粒磨损和粘结磨损；而横刃处存在挤压塑性变形。在正常磨损阶段,随着钻孔数的增加,钻头后刀面磨损量基本呈线性上升必须选择合适的钻削参数,才能减少钻头磨损,提高钻头的寿命。8.高速钻削印刷电路板时毛刺属于铜箔毛刺,在一定范围内,进给速度与毛刺高度是正相关的,减小进给速度,有利于改善出口毛刺。横刃对毛刺生成影响作用显着,其次是顶角,螺旋角影响不大。减小进给速度,选择较小的横刃和顶角,保证刀具在正常磨损范围内使用,有利于改善出口毛刺。采用压力脚和垫板,可以减小毛刺的高度。9.基于前面的应用基础理论研究成果,提出了基于降低轴向力和改善钻屑排屑畅通的钻头设计的基本原则；指出对于PCB板定位安装孔的加工,磨制分屑槽和修磨横刃长度,是使钻屑排出畅顺和降低钻削轴向力的重要方法。提出了降低钻削轴向力,改善钻头磨损的相应的推荐钻削用量。设计了多种对横刃和分屑槽进行了改进的新型钻头；改进设计的近单分屑槽钻头使得PCB安装定位孔的钻屑获得了良好的断屑效果,使轴向力降低了20-30%；修磨横刃有效地降低轴向力,从而改善PCB钻头的钻削性能。成功设计的单分屑槽改进型钻头大大减少了钻削的铜屑缠丝现象,排屑通畅,改善了钻削孔的质量,钻头的寿命比标准钻头提高一倍。
汤宏群[4]2012年在《印刷电路板微孔钻削加工过程动态特性研究》文中进行了进一步梳理微孔是印刷电路板的重要组成部分之一。随着印刷电路板制版技术和封装技术的快速发展,高密度、高集成、微细化、多层化的印刷电路板应运而生。印刷电路板机械钻孔面临越来越大的挑战,主要表现在：印刷电路板微孔孔径越来越小,微钻的直径也越来越小,对微钻寿命和微孔表面质量等要求越来越高。如何提高微钻寿命,提高微孔表面质量,改善微钻钻削行为,一直是钻削印刷电路板多层复合材料加工领域的研究热点。本文针对印刷电路板用微钻断裂失效问题,以降低微孔钻削加工过程中的振动,提高微孔钻削表面质量为目标,从动力学的角度出发,采用切削力学、机械振动、材料学和多体动力学等理论,运用非接触式激光测振技术和动态测振技术,通过大量的钻削实验和动力学仿真实验,深入研究了印刷电路板用微钻的动态特性以及微孔钻削机床在加工过程中的动态特性,分析了微孔钻削系统在加工过程中的动态特性对印刷电路板微孔钻削孔位精度的影响,并进行基于钻削参数的微孔钻削系统稳定性研究。研究结果对于丰富印刷电路板微钻钻削加工理论,指导印刷电路板用微钻设计与应用,指导印刷电路板微孔钻削机床的合理设计和选择,优化印刷电路板微孔钻削加工参数,提高微孔钻削质量具有一定的理论价值和实际应用意义。本文主要研究结论如下：在微钻瞬态动力学研究方面,引入耦合节点,提出微钻载荷施加新方法,得出当微钻接触工件开始入钻时,横刃瞬态位移较大,振动较大,瞬态应力也最大；当微钻开始去除工件材料时,主钻削刃的X、Y方向瞬态位移较大,振动较大,而主钻削刃Z方向及横刃部位瞬态位移较小,振动相对较小；钻削加工后期,主钻削刃瞬态位移减小,振动减小,瞬态应力相应减小。在钻削加工过程中,主钻削刃的等效应力值最大,磨损也大,最大磨损宽度出现在主钻削刃外缘处；指出微钻螺旋槽根部是微钻结构相对薄弱的部位,扭转载荷过大是微钻折断的主要原因,应加强微钻螺旋槽根部的刚度设计。在微钻动态特性研究方面,建立了印刷电路板微钻的全参数化模型,研究印刷电路板微钻的动态特性及其影响因素。发现具有螺旋刃准对称结构的微钻模态振型分别绕X轴方向或Y轴方向成对出现,且全部为弯曲模态振型,其中5、6阶为弯曲扭转模态振型。指出印刷电路板微钻轴向刚度远大于微钻径向刚度；微钻各阶固有频率随微钻悬伸长度的增加而减小,其中直径D=0.1 mm的微钻最佳加工悬伸长度为20 mm和23 mm,与工厂实际应用相一致；微钻各阶固有频率随过渡长度变化的规律不明显；微钻各阶固有频率随微钻芯厚的变化与微钻直径有关,其中直径D=0.1 mm的微钻,其各阶固有频率随微钻芯厚的变化不大,直径D=0.2 mm和D=0.3 mm微钻的各阶固有频率随着微钻芯厚的增加而增加；微钻倒角的变化对微钻结构参数影响不大,优化微钻倒角对微钻动态特性没有影响。在印刷电路板微孔钻削机床系统多体动力学分析方面,建立了印刷电路板微孔钻削机床系统多体动力学模型。通过对钻削机床进行动态特性分析,得出微孔钻削机床在钻削力作用下X、Y、Z方向位移和加速度的对数幅频曲线图,发现横梁是钻削机床的薄弱部位,提出增加横梁的刚度,优化横梁截面形状等设计原则,增加钻削机床稳定性。最后提出了印刷电路板微孔钻削机床钻削过程中的振动加速度频率响应数学模型,为印刷电路板微孔钻削机床进一步优化设计提供理论依据。在印刷电路板微孔钻削加工动力学与钻削稳定性研究方面,建立印刷电路板微孔钻削加工动力学模型,得出钻削过程中的振动加速度和钻削扭矩随主轴转速和进给速度变化的数学回归模型。钻削过程中的振动加速度随着主轴转速或进给速度的增加先增加,到一定值后,快速下降；钻削扭矩随主轴转速的变化也有类似的趋势,也是先增加到一定值后减小,但钻削扭矩和进给速度的关系则是呈线性关系,随进给速度的增加而增加。典型微孔钻削印刷电路板的振动变化曲线表明,钻削前2层铜箔时处于非稳态钻削阶段,振动加速度波峰较明显；随着钻削过程的进行,钻削加工过程中的振动加速度减小；主轴转速越高,振动加速度衰减越快,达到稳态钻削所需要时间越短；压力脚接触盖板时的振动峰值随进给速度的增加而增加；微孔钻削过程的振动情况随进给速度的变化趋势不明显；微孔钻削加工过程振动加速度的变化和退刀速度关系不明显。在微钻钻削印刷电路板微孔表面质量的研究方面,微孔钻削过程的振动、微钻直径和微钻磨损与孔位精度(CPK)的关系比较明显。直径小刚性较弱的微钻振动加速度大；直径大刚性强的微钻在钻削过程中轴向力大,振动加速度也大；中等直径的微钻振动加速度最小,孔位精度值最大。另外,钻削孔数少,平均振动加速度高,孔位精度值小；随着钻削孔数的增加,微孔钻削加工慢慢达到一个稳定状态,平均振动加速度下降,孔位精度值增大；但当钻削孔数继续增加时,微钻磨损增加,振动加速度增加,孔位精度值下降。
秦旭[5]2005年在《基于Web的数控铣削仿真系统的研究和实现》文中研究说明数控仿真技术是 CAD/CAM 系统的关键技术,也是现代制造技术中降低生产成本,提高生产效率的重要环节。本文以江苏省“十五”高技术计划研究项目——“基于网络的智能化 CAM 平台的研究和实现”为背景,研究了 NC 代码的预处理技术以及基于 Web 的数控铣削仿真加工技术。主要的研究内容和成果如下:1. 研究了基于 Web 的数控铣削仿真系统的网络环境构建,并利用 ASP.Net技术建立了 Web 仿真系统。研究了系统的仿真图形网络发布机制,提出了异地仿真加工的策略和方法,避免了图像的网络传输延迟,提高了仿真系统的执行效率。2. 分析了叁种 CNC 系统的 NC 程序编写规则,以基于中间文件的方式实现了通用 NC 代码预处理器。研究了通用 NC 代码预处理器的实现算法,并利用组件技术初步实现了具有一定通用性的适用于数控叁轴铣削加工仿真系统的 NC代码预处理器。3. 以上述研究成果为基础,建立了基于 Web 的数控铣削动态仿真系统,实际使用效果良好。
张天[6]2010年在《基于二并联螺旋面钻尖刃磨机床的理论分析及其运动轨迹仿真》文中进行了进一步梳理螺旋面钻头应用广泛,它的特点是具有较好的自动定心性作用,可提高钻孔精度,减少精加工工序余量,并且降低轴向钻削力,提高了耐用度,非常适合用于数控机床。并联机床由于其本身具有刚度高、承载能力强、动态性能好、速度快和结构简单等诸多优点,可以通过数控程序、机床伺服控制实现完成对刀具的刃磨。课题提出的二并联螺旋面钻尖刃磨机床只需二轴联动即可实现螺旋面钻尖刃磨。随着计算机软、硬件技术的发展,利用计算机技术来对并联机床在空间上进行运动轨迹仿真已成为行之有效的方法。运用仿真技术进行诸如参数设置,调试等工作可以提高效率,节省成本。近年来发展起来的虚拟仿真技术可以实现叁维环境的建立和与外界实时的交互,其越来越多地应用在并联机床仿真领域中。为了给此二并联机床的控制系统的建立打下坚实的基础,在对其做出必要的运动学理论分析前提下,运用VRML(虚拟现实建模)语言创建虚拟环境和二并联机床的叁维模型,利用脚本语言JavaScript设计开发一个基于网页(HTML)的交互式虚拟仿真平台。该平台提供友好界面,使用户能够便利的选取各个功能模块,控制二并联机床各构件在叁维虚拟场景中运动,实现二并联机床的运动轨迹仿真,可以直观地观察机构的运动情况和存在的问题。基于创建的叁维虚拟环境,仿真系统可从不同角度观察二并联机床各构件的运动过程,操作者容易获得沉浸感。通过与机床刃磨机理以及实体样机的轨迹曲线进行对比,证明课题基于二并联刃磨机床的运动轨迹仿真是可行的,且效果是令人满意的。由于仿真系统开发灵活且平台通用,扩展性好,随着网络在各个领域的日益渗入,易于移植、可扩展是本系统的一大优势。
张坤, 董丽华, 王岚[7]2002年在《基于Web的切削过程仿真系统》文中进行了进一步梳理提出了基于Web的切削过程仿真系统结构,设计并实现了一种以TCP/IP协议为基础、浏览器/服务器技术为支持的可视化的仿真系统。该系统具有可扩展性、交互性、动态性,可应用于切削过程的几何仿真、物理仿真及数控加工代码的检验,并以钻削过程为例证明了这种框架结构是可行而有效的。
张轶嵘[8]2015年在《切削力关键技术及其数据库开发》文中认为切削力是影响切削加工过程最重要的一个物理量，宏观切削力学理论是解决工厂实际问题和机床设计问题的重要研究方向。数控切削加工技术随计算机技术发展成为传统切削领域的主流应用技术，在进行实际切削过程之前对其进行仿真模拟，能够实现对切削力较为准确的预测，和对各种加工条件和加工参数的优化，从而达到获得高精度、高效率、低成本的实际加工过程和高质量的加工产品。本文的研究为实际生产提供积极的指导作用。本文基于金属切削原理对平头立铣刀、球头铣刀以及麻花钻的切削过程进行分析，应用离散仿真思想对切削力建立数学模型，结合切削试验研究方法和计算机仿真技术对数控加工过程仿真数据库进行深入研究，并取得以下研究成果：1.针对平头立铣刀、圆柱球头铣刀和麻花钻的切削过程分别建立切削力数学模型。首先通过对叁种刀具的几何特点进行详细表述，其次将铣刀参与切削的刀刃离散成若干微元体，分析一个微元体上的受力情况并推导出微元力与瞬时变化切削面积的理论关系式，根据受力平衡进而求得叁个方向微元铣削力理论模型，将其参与加工的部分积分计算得到总铣削力；对麻花钻的研究是从横刃和主切削刃两部分分别进行，横刃将其简化为挤压机理，主切削刃上受力应用离散化思想，建立微元钻削力模型，最后推导出整体钻削力和扭矩模型。2.分别针对平头立铣刀、球头铣刀铣削不同材料工件进行试验。根据试验的统计设计原理，针对灰铸铁350、45#钢、铝合金以及钛合金不同的工件材料，分别对两种刀具设计正交试验，根据试验采集的数据进行计算分析，并将理论模型切削力预测值与试验采集切削力实测值进行对比，以验证理论模型的有效性。3.基于前面建立的铣削力理论模型和进行的铣削试验，开发了数控铣削过程仿真数据库系统。该系统以MATLAB GUI为开发环境，实现了铣削力采集数据的导入，加工条件与加工参数的输入，铣削力系数识别、铣削力仿真数据和仿真图像的生成等主要功能，将系统预测的铣削力曲线与试验采集的铣削力曲线进行对比分析，一方面验证了建立的铣削力理论模型的准确性，另一方面对该仿真系统的可行性进行检验。4.数控铣削加工过程仿真数据库系统开发过程中将Access数据库技术应用其中，实现对大量的参数数据存储，方便系统对各种数据的查询、修改、删除以及调取，很大程度上提高了系统的工作效率。在MATLAB GUI开发环境下，导入Access数据表，从而保证了数控铣削加工过程仿真数据库系统各个模块的紧密结合。
杨礼鹏[9]2011年在《印刷电路板支撑孔用钻头切削性能研究》文中指出印刷电路板(PCB, Printed Circuit Board)关键互连件,几乎出现在每一种电子设备中。印刷电路板支撑孔一般为大孔,直径大于2 mm,其孔壁无铜,主要用来固定板卡,包括安装孔和定位孔等。PCB是由树脂、玻璃纤维及铜箔等所构成的难加工复合材料,材料各向异性明显。PCB支撑孔钻削过程中的切削力大,排屑困难,钻头易磨损等问题严重的制约了企业生产效率的提高。本文以PCB支撑孔用钻头为研究对象,以普通FR-4板和环保型无卤素板(HF板)作为加工材料,利用高速摄影仪对钻孔的形成过程进行详细的研究,分析切屑形成过程和排屑过程；分析了加工工艺参数(主轴转速和进给速度)对切削力、切屑形态和钻头磨损的影响关系,对切削参数进行了优选；研究了不同结构钻头的切削性能,分析了提高钻头切削性能的一般原则,设计了几种新型钻头结构,并对优选出的新型钻头进行了实验验证,达到良好的切削性能。得出论文主要结论如下：(1)PCB支撑孔用钻头切削性能评价主要包括：钻头排屑的难易程度、钻削力的大小和钻头磨损。(2)钻头排屑性能方面：铝盖板和铜箔为塑性金属材料,受到切削刃和前刀面的挤压刮削作用发生塑性剪切滑移变形。而树脂纤维以脆性断裂的形式被切除；由于切屑内外表面的应力不一样,以及切削刃上各点的切削速度梯度较大,内外缘的前角变化很大,引起切屑侧卷；钻削环氧树脂玻璃纤维布的切屑可以分为：螺旋状切屑,扇面切屑,平带状切屑；优化钻头结构和钻削参数可以减少切屑的侧卷和切屑的大小,提高排屑的通畅性。(3)钻削力方面：加工印刷电路板的过程中,轴向力和扭矩的基本特征与印刷电路板的结构有密切的关系。轴向力在钻头接触上层铜箔和下层铜箔时各出现一个峰值,并且第一个峰值比第二个峰值大。而扭矩波形则出现较大的波动。轴向力随主轴转速的增大而减小,随进给速度的增大而增大。主轴转速增大,扭矩在一个范围内波动变化。进给速度增大,扭矩有增大的趋势。加工环保HF板的轴向力和扭矩比加工普通FR-4板的轴向力和扭矩大。钻头结构是影响轴向力和扭矩的重要因素。修短横刃可以显着减小钻削轴向力。扭矩比轴向力小很多,应以轴向力作为评价PCB钻头切削性能和工艺参数优选的重要指标。通过正交实验优化,获得了以最小切削力为优化目标同时兼顾提高加效率的工艺参数。用多元线性回归的方法建立了轴向力和扭矩的经验公式。(4)钻头的磨损方面：钻头的磨损形式主要是发生在横刃的前刀面磨损、主切削刃后刀面磨损和主切削刃外缘转点的刃尖磨损；开分屑槽,使排屑顺畅,带走大部分热量,延长了钻头寿命；钻头磨损量随主轴转速的增大而增大,随进给速度的增大而减小；钻削HF板时的钻头磨损比钻削普通FR-4板时严重,钻削环保HF板时,主轴转速应比加工普通FR-4板时有所提高。(5)新型钻头设计方面：通过修短横刃,开分屑槽可以显着提高钻头的切削性能。分屑槽的个数,尺寸和形状的选择应合理。建立了基于Pro/E的新型双分屑槽钻头叁维模型,优选出切削性能优良的新型钻头,通过对比验证实验,表明该钻头的分屑效果得到进一步改善,钻头寿命比标准钻头有较大提高。
张晓辉[10]2009年在《基于切削过程物理模型的参数优化及其数据库实现》文中进行了进一步梳理随着制造技术的发展,金属切削已呈现出高速高效、高加工要求和工件材料高性能等特点。为满足新形势下的加工需求,对刀具的性能也提出越来越苛刻的要求,目前刀具的发展方向为高精、高效、高可靠性和专用化。在工件材料性能和刀具技术日新月异的今天,切削加工工艺面临着前所未有的机遇和挑战,如何充分发挥机床和刀具的最大潜能,如何有效合理地选择切削参数已经成为制约切削技术发展的瓶颈。因此,新形势下的切削工艺数据比以往更具有较强的时效性,但切削过程中的力热本质是不变的,因此提出基于切削过程物理模型的参数优化问题研究。首先,分析了切削参数优化的叁个基本要素:优化变量、目标函数和约束条件。优化变量是指切削用量:切削速度和进给量,任何形式的切削参数优化最终都是以切削用量为其自变量的;目标函数则主要指表面质量、切除率和刀具寿命,以适应不同的加工要求;约束条件主要是指切削过程中的力约束、热约束和振动约束叁方面,这样才能使刀具在约束许可的范围内进行高效切削。本文将针对几种典型的工况分别从叁个方面展开对参数优化问题的研究:力热约束、智能方法和颤振稳定性。切削力和切削热是反映金属切削本质最基本的物理量,同时也是难加工材料切削的突出特征。首先分析总结了斜角切削中切削力和切削热的形成。通过JC本构模型分析了金属在第一变形区内高温高应变率条件下的Mises流动应力特性;分析了刀刃钝圆所承受的应力特点及其计算方法,考虑了铣削交变应力对刀刃强度的影响,指出了每齿进给量的优化应满足刀刃的疲劳强度;为降低工件的加工硬化和刀具的高温磨损,以第二变形区的切削温度作为热约束条件,提出以材料的再结晶温度和刀具/涂层的扩散或氧化温度作为约束条件,将切削速度限制在一可行域内;另外,考查了表面粗糙度、机床功率和刀具寿命对参数优化的影响,指出参数优化的结果应是一个包含多种次优方案在内的具有一定选择范围的切削用量域,而非某个特定值。基于上述方法,以钛合金为代表的典型难加工材料为例对铣削切削速度和每齿进给量进行了优化。对于普通金属材料的加工,此时的切削力热特征不再突出,如何针对现有的切削数据进行多目标优化提出了采用神经模糊的方法。针对预拉伸铝合金铣削表面残余应力的预测优化进行了ANFIS建模,指出:当小样本用于网络训练时,可通过采用输入选择方法以降低输入数据的维数,从而提高预测效果。应用模糊综合评判方法对不同权重的多目标参数优化进行了探讨,通过采用不同的算子对多种方案进行不同的评判及排序,得出了在现有权重向量条件下的优化值,达到了预期的切削效果。对于弱刚性工艺系统如薄壁件加工或使用加长刀杆时,把机床、刀具、工件和夹具作为一个系统来考虑,需要对切削参数进行颤振稳定性校核。基于经典再生型切削颤振理论,首次提出了基于颤振稳定度的模糊化颤振理论。阐明了切削颤振稳定度的概念,它表明了切削系统自身保持其稳定性的能力和程度,指出切削系统从非稳定态到稳定态的过渡事实上是一个渐进的过程,即稳定度GOS属于[0,1]闭区间,提出了不同阶Lobe曲线由于曲线斜率的不同而应具有不同的过渡带宽度,并利用Sigmoid函数定义了各阶过渡带宽度的求解方法。由此,根据改进的模糊化稳定性Lobes图,以模具钢铣削为例进行了切削参数的稳定性校核。最后,针对具体的工程应用对刀具选用及切削数据库和基于物理模型的切削参数优化决策系统进行了基于Web的系统开发。这样,才能使之能够直接为生产实践服务。
参考文献：
[1]. 基于Web的钻削过程仿真系统的研究[D]. 张坤. 哈尔滨理工大学. 2003
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