瞬時(shí)銑削力模型參數(shù)辨識(shí)及其試驗(yàn)研究.pdf

1、瞬時(shí)銑削力預(yù)測(cè)作為銑削參數(shù)優(yōu)化、刀具磨損和破損監(jiān)控、銑削穩(wěn)定性分析及加工表面誤差預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，對(duì)提高數(shù)控加工效率和加工精度具有重要的意義。而瞬時(shí)銑削力模型中的瞬時(shí)切削力系數(shù)及刀具偏心跳動(dòng)等參數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)精度起著至關(guān)重要的作用。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究等手段，對(duì)瞬時(shí)銑削力模型參數(shù)辨識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 以立銑加工為對(duì)象，分析了Ⅰ型與Ⅱ型銑削的刀-屑接觸特點(diǎn)，基于延遲單位階躍函數(shù)給出了刀-屑接觸區(qū)的統(tǒng)一表示。將切削力系數(shù)

2、分為瞬時(shí)切削力系數(shù)，瞬時(shí)平均切削力系數(shù)和平均切削力系數(shù)三種，建立了相應(yīng)的瞬時(shí)銑削力模型。分析了刀具偏心跳動(dòng)、刀具變形及進(jìn)給系統(tǒng)剛度對(duì)瞬時(shí)切削厚度的影響，建立了數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)并給出三種瞬時(shí)切削厚度的計(jì)算方法。
　　 分析了切削加工模擬的關(guān)鍵技術(shù)，依據(jù)銑削過(guò)程中微元切削刃的切削狀態(tài)，建立了三維斜角切削的有限元模型，利用該模型對(duì)A16061-T6的斜角切削過(guò)程進(jìn)行了模擬，分析了切削力變化以及切削溫度分布規(guī)律。利用不同切削厚度的模擬結(jié)果

3、，采用回歸分析方法建立了切削力系數(shù)與切削厚度的指數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)切削力系數(shù)的有限元法識(shí)別。利用辨識(shí)結(jié)果對(duì)瞬時(shí)銑削力進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與基于刀具實(shí)體模型模擬的銑削力以及實(shí)測(cè)銑削力進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明斜角切削有限元模擬方法可以有效獲取瞬時(shí)切削力系數(shù)。
　　 基于實(shí)測(cè)銑削力，研究了瞬時(shí)切削力系數(shù)與刀具偏心跳動(dòng)參數(shù)的分步與同步辨識(shí)方法。在分步辨識(shí)中，基于多次試驗(yàn)，利用平均銑削力實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)切削力系數(shù)辨識(shí)；基于單次試驗(yàn)，從實(shí)測(cè)銑削力分離出名義銑削

4、力，利用名義銑削力實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)切削力系數(shù)辨識(shí)。在此基礎(chǔ)上，以預(yù)測(cè)銑削力與實(shí)測(cè)銑削力最小方差作為判定條件，利用一維搜索辨識(shí)出刀具偏心跳動(dòng)參數(shù)；另外，通過(guò)解析計(jì)算提出一種獨(dú)立于切削力系數(shù)的刀具偏心跳動(dòng)參數(shù)近似求解方法。在同步辨識(shí)中，提出兩種辨識(shí)方法，第一種方法利用一維搜索方法同時(shí)確定了刀具偏心跳動(dòng)參數(shù)和瞬時(shí)切削力系數(shù)；第二種方法將粒子群算法引入到瞬時(shí)銑削力模型參數(shù)辨識(shí)中，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)粒子群的不足，采用拋物線形式的非線性遞減慣性權(quán)重和概率分布密度函

5、數(shù)，提出了一種改進(jìn)粒子群算法，從而提高了算法辨識(shí)瞬時(shí)銑削力模型參數(shù)的全局搜索能力。最后，通過(guò)銑削試驗(yàn)對(duì)所提出的算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證，證實(shí)了幾種算法的有效性和一致性。
　　 分析了表面誤差的形成過(guò)程，提出了利用兩次試驗(yàn)的表面誤差分離出刀具變形的方法。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出基于表面誤差的瞬時(shí)銑削力模型參數(shù)辨識(shí)方法，從而消除了其它因素對(duì)辨識(shí)結(jié)果和精度的影響。設(shè)計(jì)了系列銑削試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)辨識(shí)。利用辨識(shí)結(jié)果對(duì)“細(xì)長(zhǎng)”刀具加工過(guò)程中的瞬時(shí)