- 贺继宏;陈燕;王晓宇;胡良涛;
为提高CFRP加工过程中刀具磨损监测精度，考虑纤维方向对刀具磨损的影响，提出基于多传感器信号融合的刀具磨损监测方法。通过开展0°，45°，90°和135°不同纤维方向的CFRP刀具磨损侧铣试验，采集加工过程中的切削力信号、振动信号和声发射信号进行时频域分析提取特征，探讨各信号特征量、纤维方向与刀具磨损之间的联系。融合多传感器特征，由优化后的支持向量回归模型对各纤维方向CFRP铣削过程中的刀具磨损进行预测。试验结果表明，不同纤维方向下的刀具磨损状态明显不同，90°和45°纤维方向下的刀具磨损较为严重。同时，不同纤维方向下的信号特征变化趋势也存在差异性，选取各纤维方向敏感特征进行特征融合作为预测模型输入，支持向量回归监测模型的平均绝对误差最大值仅为0.017 2，与单一传感器相比，多源融合支持向量回归模型预测精度均达97%以上，相比CNN、RF、BPNN算法模型模型，准确率最大提高12.3%，具备较强的可适用性。
2025年09期 v.59;No.625 13-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1889K] [下载次数：55 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：13 ] - 刘畅;李曦光;陈明君;吴春亚;
弥散无氧铜作为颗粒增强型金属基复合材料的代表，由于优异的耐磨性和高强度，在生物医疗、航空航天等领域应用广泛。然而，双相材料所固有的非均匀材料特性，使得对其高精度加工的实现仍面临挑战，尤其是关于纳米级颗粒在材料切削变形中的增强机制、失效形式及流动行为的研究比较有限。本文通过将纳米级增强颗粒与基体分开建模，辅以增强颗粒随机分布算法，建立弥散无氧铜二相材料正交切削仿真模型。为深入研究微铣削过程中的尺寸效应，基于应变梯度理论对基体材料的J-C本构模型进行修正，并通过实验在切削力及切屑形态等方面进行对比，验证修正后的模型可应用于弥散无氧铜材料颗粒、基体和刀具在切削过程中的相互作用分析，为切屑的形成和断裂提供理论参考。
2025年09期 v.59;No.625 23-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1405K] [下载次数：28 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 徐伟东;杨文超;葛亮;刘成炜;崔众晗;黄树涛;许立福;
CFRP属于典型的难加工材料，对其进行铣削加工是实现CFRP复杂形状和保证加工精度的重要手段之一。采用正交试验方法，研究PCD刀具铣削加工24K-T300斜纹编织碳纤维增强复合材料时切削参数对切削力的影响规律，建立切削力经验公式，应用极差分析和灰色关联分析获得切削用量对切削力影响的显著性。研究结果表明：轴向切削深度对切削力影响最大，进给量次之，切削速度对切削力影响最小；切削参数为v=450 m/min,f=0.1 mm/z,ap=1 mm时，可以获得最小切削力。
2025年09期 v.59;No.625 31-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1268K] [下载次数：68 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：7 ] - 王奔;祝天龙;汪嘉怡;宋畅;印文典;张棋;陈铁;李昕旸;
探究不同尺寸与粒径分布SiCf/SiC陶瓷基复合材料切屑对机床精密部件的磨损机制与机理的综合影响，为机床精密部件防护提出理论依据。以机床导轨副材料GCr15轴承钢为试验件材料，运用SiC颗粒替代陶瓷基复合材料切屑，在不同尺寸单一粒径磨粒与混合磨粒粒径条件下进行摩擦磨损试验，分别从宏观摩擦系数、粗糙度、均方差、偏态系数与峰态系数与微观磨损形貌对摩损表面进行表征，探究表面磨损机制。结果表明：3μm与5μm的磨粒对摩擦系数的影响较小，且稳定阶段后期摩擦系数较为稳定，磨损后表面粗糙度与磨损量较小且磨损较浅，对表面质量的影响较小。在磨粒条件下，磨粒以滚动磨损和滑动开槽磨损相结合。在单一粒径条件下随着粒径尺寸的增大磨粒逐步转变为滑动开槽为主；在混合粒径条件下，当粒度跨较小时，较小的磨粒随着磨损的进行逐步转变为活性磨粒并参与磨损，磨损形式逐步变为滚动开槽。当粒径跨度较大时，较小的磨粒难以转变为活性磨粒参与滑动开槽，少数处于微滚动，较大的磨粒的滑动开槽为主要的磨损形式；3μm和5μm的磨粒对摩损进程的影响主要在剧烈磨损阶段，而20μm,100μm,140μm的磨粒在整个磨损进程中始终处于波动状态难以稳定。虽然在混合粒径跨度较小时，小粒径的参与使磨合磨损阶段有所减短，但随着粒径跨度的增大，小粒径难以对磨损过程产生影响。
2025年09期 v.59;No.625 38-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1621K] [下载次数：28 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：7 ] - 刘畅;段春争;王超;田晓东;李超;
高温合金蜂窝是一种典型的薄壁多孔结构材料，被广泛应用于航空涡轮发动机之中。但由于高温合金蜂窝薄壁的结构特性，使其在加工过程中极易出现蜂窝壁毛刺。因此，探究刀具侧刃几何角度对毛刺形成的影响对于提高蜂窝的加工质量具有重要意义。本文通过铣削实验和ABAQUS软件有限元模拟，探究刀具螺旋角、侧刃前角和后角对蜂窝壁加工毛刺的影响规律。研究证明，螺旋角和侧刃前角对蜂窝壁毛刺尺寸的影响较大，应分别控制在30°～35°，18°～22°；侧刃后角的影响较小，在考虑刀具寿命的前提下后角应选择8°～12°。
2025年09期 v.59;No.625 48-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1167K] [下载次数：14 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：9 ] - 王勇;熊良山;张少楠;朱宝义;
为实现流屑角突变现象的节能利用，设计完成180组6061铝合金工件外圆车削实验，获得180组流屑角突变现象的平衡点坐标数据。应用突变理论将实际状态参数（流屑角）到正则状态参数（突变正则模型中的状态参数）之间的映射函数假设为系数待定的线性多项式，将实际控制参数（进给量和背吃刀量）到正则控制参数（突变正则模型中的控制参数）之间的映射函数分别假设为系数待定的线性多项式、二次多项式和指数函数；利用该组映射函数将实测平衡点坐标转换为正则平衡点坐标，并代入尖点型正则突变平衡曲面方程左边的多项式，计算出多项式的值；以多项式值的平方和最小作为目标函数，优化出全部假定映射函数的系数，并最终确定采用所获得的与线性多项式假设对应的平衡曲面方程和分叉集方程作为流屑角突变的平衡曲面实验方程和分叉集实验方程。验证实验显示，所建方程的预测精度优于前人建立的理论方程。
2025年09期 v.59;No.625 54-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 1212K] [下载次数：6 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：7 ]
- 王海双;王利虎;王利梅;牛金涛;乔阳;王相宇;
钛铝合金在航空航天工业中的应用潜力大，但该材料导热性能差，在切削加工中切削区温度高，刀具磨损快，液氮低温冷却切削解决此类问题时会存在浪费大量液氮、增加加工成本等问题。本文提出一种基于流体动力学和有限元仿真的模型，研究钛铝合金微量液氮低温切削加工以及液氮作为冷却剂的流动和传热特点，分析不同液氮喷射参数下的速度和温度；研究不同液氮喷射参数对刀具和工件的强迫对流换热规律，并以此作为切削仿真的冷却边界条件，建立二维直角切削模型，分析切屑形态、切削力、切削温度等，为微量液氮低温冷却切削加工奠定理论基础。
2025年09期 v.59;No.625 60-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1472K] [下载次数：346 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] - 曹金羽;彭宝营;王鹏家;
TiAl合金因其轻质和高温强度优异，在航空航天领域有望部分替代镍基合金以实现减重。由于TiAl合金的加工性能较差，导致其工程大规模应用受到限制。为探究Ti-42Al-10V合金铣削特性，设计正交试验分析铣削过程中切削参数对切削力和切削比能的影响，并进行极差分析。同时，建立切削力和切削比能的经验公式。结果表明，对切削合力影响程度的顺序为切削宽度>切削深度>主轴转速>每齿进给量。对切削比能影响程度的顺序为切削宽度>每齿进给量>切削深度>主轴转速。所建立的切削力和切削比能回归模型具有良好的统计显著性。
2025年09期 v.59;No.625 70-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1056K] [下载次数：26 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 李腾;任万滨;刘昊燃;吴东航;于爱慈;
针对桥式龙门铣床整机作业过程中存在的多进给平台结构耦合振动影响的问题，考虑系统受到外激励等因素，重点研究铣床进给平台的动力响应特性。基于第二类拉格朗日动力学方程建立系统整机的振动运动微分方程，利用数值分析的方法得到铣床各进给平台结构振动响应特征，并基于能量热图、PCA得出系统耦合效应下的能量直观流动情况与参数的灵敏度、贡献度分析。结果表明，依据时域曲线分析可得，纵向工作台振动位移在x,y,z方向较铣床其他工作平台更大，说明在耦合作用下，其振动响应更为复杂；依据频域曲线可知，纵向工作台在x,y,z方向相较于铣床其他工作平台振动更为强烈明显；依据振动相图与能量分析图可知，3个工作平台在振动过程中整体稳定性良好；系统整体在结构耦合的作用下会发生复杂的动态响应与能量流动，并能保持整体能量流稳定，且对外激励幅值参数更为敏感，为系统的优化设计与振动控制提供了理论依据。
2025年09期 v.59;No.625 76-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 1920K] [下载次数：100 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：10 ] - 何灵;胥云;李航;陈婷;李琦;
针对数控机床加工质量检测效率低、功能不全面、交互界面差等问题，提出基于数字孪生技术的数控机床加工虚实交互监测系统。该系统对工件切削过程进行动态仿真监测，利用机床几何尺寸构建数控机床孪生模型，通过FOCAS1/2通信协议建立物理机床和虚拟机床通信机制，采集机床状态信息，实现物理空间向虚拟空间映射。结合物理机床动态信息和径向基函数神经网络模型实现工件切削的加工过程动态仿真性能监测。结果表明：以XH718加工中心为例，实现虚拟切削过程动态仿真并得到工件切削物理参数，为数控机床加工过程监测提供新思路。
2025年09期 v.59;No.625 83-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 1523K] [下载次数：854 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 农志宇;张楚鹏;朱宝义;刘春;孙守利;赵增亚;陈肖;
超声椭圆振动辅助切削过程中刀具和工件之间发生高频周期性分离，能够较好地改善难加工材料的去除性能。本文针对TC4钛合金在切削过程中极易产生黏刀与排屑困难等问题，采用正交试验方法设计4因素4水平试验，研究超声椭圆振动辅助超精密切削参数对加工表面质量的影响规律。通过对已加工表面粗糙度方差和信噪比进行分析，获得在振动频率为37.5 kHz条件下的优化工艺参数组合，即主轴转速S=50 r/min、进给量f=3μm/r、切削深度D=2μm、振幅A=4μm。在该优化工艺参数组合下加工的钛合金表面粗糙度为15.44 nm，优于普通金刚石切削加工的Ra=58.11 nm，表面粗糙度降低约75%。使用优化的工艺参数组合加工后，刀具磨损量仅为普通超精密切削条件下的13%。以上研究结果可为高表面质量薄壁TC4钛合金制造提供加工工艺参考。
2025年09期 v.59;No.625 90-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1424K] [下载次数：37 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 邢东宇;成远清;毕刚;赵培轶;马强;
钛合金材料由于具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于航空航天、重型机床制造等领域，铣削钛合金加工技术更是广泛应用在飞机骨架等关键零部件制造过程中，摩擦热—力学行为是铣削钛合金材料过程中发生的重要不可逆过程，铣刀摩擦磨损和热传导等多种热—力学行为直接影响工件与加工过渡表面的形成以及刀齿的磨损，进而影响刀具的使用寿命以及工件加工效率。针对已有刀—工接触模型未考虑刀齿振动、刀齿误差等作用对刀齿热—力学状态的影响，缺乏对铣削钛合金刀—工界面存在的热力学行为进行表征，本文依据铣削振动和刀齿误差作用下刀具与工件瞬时接触关系，构建刀—工界面基础模型及刀齿后刀面摩擦速度、摩擦系数、摩擦应力解算模型，通过表征刀—工界面热力学体系，研究刀—工界面存在的热力学行为，揭示后刀面摩擦力熵产生分布特性。依据二维刀具瞬态热传导模型构建二维热传导熵产生解算模型，揭示刀—工界面热传导熵产生演变特性。依据吉布斯自由能法判断铣刀刀—工界面可能发生的化学反应，构建刀—工界面化学反应熵产生解算模型并揭示化学反应熵产生演变特性。研究刀—工界面与外界存在的物质流动，构建刀齿微元磨损速率解算模型，获得刀—工界面摩擦磨损熵流演变特性，揭示刀—工界面由于磨损产物离开刀—工摩擦界面引起的熵变。研究铣削钛合金刀—工界面存在的热力学行为，分析热—力学行为对刀齿铣削状态的影响具有重要意义。
2025年09期 v.59;No.625 97-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1342K] [下载次数：6 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：13 ] - 罗迪文;秦娜;黎思豪;黄孝俊;
钨合金的优异性能使其成为典型难加工材料，超声椭圆振动加工是加工难加工材料的一种经济有效的方法，但其加工机理仍未探明。鉴于目前超声椭圆振动设备的研制还未完全成熟，本文将通过有限元仿真模型进行机理研究。为克服均质模型的不足，建立双相钨合金的超声椭圆车削有限元仿真模型，对4种车削轨迹下的动态切削力进行研究，即传统车削（CT）、沿切削速度方向的一维超声振动车削（CSUVT）、沿切削深度方向的一维超声振动车削（CDUVT）和同时沿两个方向振动的二维超声椭圆振动车削（UEVT）。结果表明，UEVT的切向力和法向力最低，其次是CSUVT和CDUVT，而传统车削的切向力和法向力最大。与传统车削相比，采用CDUVT降低了65.92%的平均切向力和46.41%的平均法向力，CSUVT降低了77.25%的平均切向力和68.26%的平均法向力，UEVT降低了87.36%的平均切向力和97.60%的平均法向力。由此可见，针对钨合金，超声激励对切削力的降低效果显著，且二维超声优于单向超声。
2025年09期 v.59;No.625 111-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1404K] [下载次数：30 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：10 ] - 李庚;王鹏;邢侃;戚厚军;吴嘉豪;
螺旋锥齿轮全数控铣齿是一种先进的齿轮加工技术，其融合数控机床的高精度控制能力，能够替代摇台式机床铣齿，实现螺旋锥齿轮的高效精确加工。本文根据传统摇台式机床的结构特征和铣齿原理，提出由摇台式机床铣齿向五轴全数控铣齿的加工运动转换方法。基于刀刃的几何形状，通过坐标变换建立全数控铣齿过程中刀刃扫掠轨迹的数学模型，实现切齿过程的精确模拟。采用布尔运算方法，由刀刃扫掠轨迹包络形成工件齿面，建立齿面三维模型。在HyperMesh软件中对齿面模型进行网格划分，并导入ANSYS Workbench软件中进行齿面接触有限元仿真，结果表明，本文由全数控铣齿方法获得的螺旋锥齿轮副满足啮合条件，证明螺旋锥齿轮全数控铣齿齿面建模和啮合分析方法是可行的。
2025年09期 v.59;No.625 119-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 1528K] [下载次数：38 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ]