銑削顫振穩(wěn)定性時(shí)域分析理論研究.pdf

1、銑削作為一種主要的加工制造方式，被廣泛地應(yīng)用于金屬制造業(yè)中。顫振是機(jī)床切削過(guò)程中出現(xiàn)的一種最主要的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工件加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的提高，還會(huì)造成刀具的磨損和破壞，降低機(jī)床和刀具的使用壽命。銑削加工過(guò)程中的振動(dòng)控制是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域的前沿課題之一，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文以銑削加工過(guò)程為研究對(duì)象，對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和穩(wěn)定性極限預(yù)測(cè)，主要工作如下：
　　(1)考慮銑削加工過(guò)程中的再生效應(yīng)，建立了兩

2、自由度銑削動(dòng)力學(xué)模型，并提出銑削顫振穩(wěn)定性的時(shí)域分析方法。將一個(gè)刀齒周期分成若干個(gè)小區(qū)間，在每個(gè)小區(qū)間內(nèi)構(gòu)造三次插值多項(xiàng)式，將系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)表示成離散時(shí)間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的線性組合，采用加權(quán)殘值法構(gòu)建系統(tǒng)的Floquet狀態(tài)傳遞矩陣，并提出相應(yīng)的穩(wěn)定性判據(jù)。
　　(2)基于動(dòng)態(tài)銑削模型和穩(wěn)定性時(shí)域分析理論，預(yù)測(cè)兩自由度銑削加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性極限，并通過(guò)時(shí)域仿真和分叉分析進(jìn)行驗(yàn)證。接著，又研究了多齒同時(shí)參與切削的銑削過(guò)程穩(wěn)定性，并分析了徑

3、向浸入量和銑刀齒數(shù)對(duì)穩(wěn)定性極限的影響:隨著徑向浸入量和銑刀齒數(shù)的增加，會(huì)逐漸出現(xiàn)多齒同時(shí)切削，銑削過(guò)程的連續(xù)性增強(qiáng)，但穩(wěn)定性極限會(huì)逐漸減低，穩(wěn)定切削參數(shù)域變小并逐漸向低轉(zhuǎn)速區(qū)移動(dòng)。
　　(3)進(jìn)一步考慮了螺旋角的影響，建立了基于螺旋角的動(dòng)態(tài)銑削模型，并對(duì)螺旋銑削過(guò)程進(jìn)行了穩(wěn)定性極限預(yù)測(cè)和分析，研究發(fā)現(xiàn)在低徑向浸入量情況下，由于螺旋角的存在，穩(wěn)定性葉瓣圖有明顯的Flip分叉現(xiàn)象，并且出現(xiàn)封閉曲線成為不穩(wěn)定孤島。隨著徑向浸入量、齒數(shù)和

4、螺旋角的增大，封閉的不穩(wěn)定孤島和Flip分叉現(xiàn)象逐漸消失。
　　(4)對(duì)基于穩(wěn)定性時(shí)域分析理論的算法精度的影響因素進(jìn)行了分析，證實(shí)選擇不同的權(quán)函數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果沒(méi)有影響，而提高插值次數(shù)對(duì)計(jì)算精度影響很小，但會(huì)增大計(jì)算量。增加劃分時(shí)間元的數(shù)目，有助于提高計(jì)算精度，但同時(shí)也會(huì)加大計(jì)算量。
　　本文在銑削加工過(guò)程的動(dòng)力學(xué)分析和穩(wěn)定性極限預(yù)測(cè)方面的工作，對(duì)加工過(guò)程工藝參數(shù)優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)高效率的加工及提升銑削工藝水平具有非常重要的實(shí)際生產(chǎn)意義