振动微铣削动力学建模及其分析

摘要

现代社会的进步促进了微型化产品的需求。微铣削加工技术在民用和国防等领域的应用得到了人们的重视。微铣削加工技术已成为制造特殊微小精密零件和微小模具的重要手段之一。但在微铣削加工中，微小刀具尺寸造成了较低刚度的切削系统。在切削过程中，刀具和工件的振动容易引发加工过程的不稳定性，造成刀具失效。因此，通过建立切削加工过程的动力学模型，分析加工参数对微铣削过程的动态特性的影响，并通过仿真分析预测加工的稳定性具有重要意义。同时，结合建立的仿真模型对振动微铣削加工过程进行分析，研究辅助振动在微铣削加工中的作用机理，对指导振动微铣削的应用具有重要意义。
　　首先，本文结合微铣削加工的特点，考虑尺寸效应带来的影响，建立了微铣削加工的切削力模型和刀具-工件系统的动力学模型。利用Matlab仿真工具箱建立集成化的动态仿真模型，并对动态切削过程进行仿真。
　　其次，结合不同加工参数对微铣削加工进行仿真。通过单因素法研究加工参数对动态切削力的影响，分析微铣削加工过程中影响动态切削力的主要因素，结果表明，加工参数对微铣削切削力影响力依次为：轴向切深、每齿进给量、主轴转速。其中，主轴转速对切削力的影响是由于主轴转速对加工系统稳定性的影响。同时，分析了影响微铣削切削过程稳定性的关键因素，研究表明，为了提高加工的稳定性，可提高主轴转速，采用大的每齿进给量和小的轴向切深。
　　最后，通过分析振动微铣削的特点，得出激振频率与主轴转速应满足一定的关系。研究发现在振动微铣削的切削过程中，切削厚度发生周期性的变化，刀具与工件出现间歇性分离，正是这些加工过程中的特点，有效减少刀具磨损，延长刀具寿命以及抑制了毛刺的产生。

目录

振动微铣削动力学建模及其分析

DYNAMIC MODELING AND ANALYSIS OF VIBRATION ASSISTED MICRO MILLING

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 微铣削技术研究和发展概况

1.2.1 微铣削加工刀具

1.2.2 微切削机理

1.2.3 加工表面质量

1.2.4 微铣削加工应用

1.3 振动微铣削发展概况

1.4 本课题主要研究内容

第2章 微铣削的切削力建模

2.1 引言

2.2 铣削力模型

2.2.1 传统的切削力模型

2.2.2 微铣削切削力建模

2.3 微铣削动力学建模

2.4 本章小结

第3章 微铣削加工过程动态仿真系统建立

3.1 前言

3.2 微铣削加工过程分析

3.2.1 微铣削加工参数确定

3.2.2 动态切厚和轴向切深

3.2.3 动力学系统参数确定

3.3 微铣削仿真系统的建立

3.3.1 系统仿真输入输出

3.3.2 集成的动态仿真模型

3.4 本章小结

第4章 微铣削加工动态仿真分析

4.1 前言

4.2 微铣削动态切削仿真

4.2.1 动态切削厚度和动态位移

4.2.2 动态切削力

4.2.3 加工参数对切削力的影响

4.3 微铣削加工过程稳定性分析

4.3.1 主轴转速对稳定性的影响

4.3.2 轴向切深对稳定性的影响

4.4 辅助振动微铣削仿真分析

4.4.1 振动微铣削特点分析

4.4.2 振动微铣削仿真分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

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致 谢