薄壁件加工稳定域建模及颤振监测方法研究

摘要

薄壁件在航空、航天、石油、化工以及医药等领域使用广泛。薄壁件是公认的难加工零件，工件形状复杂，存在着材料去除率高、刚性低、工艺性差等问题。在切削力、切削颤振等因素影响下，加工过程中工件易发生变形、振动或失稳等现象。采用保守的加工工艺，极大的降低了生产效率。随着先进科学理论的发展和制造技术的进步，对薄壁件高速切削加工的稳定性、效率、可靠性提出了更高的要求。针对薄壁件加工颤振问题，本文展开对铣削加工颤振的产生机理、薄壁件加工中动态特性变化、加工参数优化及颤振监测等内容的研究。
　　本研究主要内容包括：⑴从激励控制方式、振动响应类型及系统对立性质三个角度对铣削加工中振动类型进行分类，对加工影响较大的颤振的三种产生机理进行说明。分析了颤振的影响因素，并简述国内外学者对颤振现象抑制和监测的相关研究现状。⑵对铣削系统做动力学分析，解释颤振稳定性叶瓣图的计算原理。改变程序中参数进行仿真运算，研究参数变化对叶瓣图趋势的影响，并做出相应的分析。然后，通过立铣刀受力模型和铣削实验数据，计算出所选刀具与材料的铣削系数。研究薄壁件动态特性变化，薄壁件分6层加工，每层加工完成经测试得模态参数。计算出切削加工三维稳定域叶瓣图，考虑加工位置变化的影响。⑶研究加工中存在的颤振现象，选择声压信号反馈颤振特征。采集加工中心声压数据，同时观察时域和频域特征。颤振发生时域有效值急剧增大，频域激励频率从轴频转移到刀具-主轴子系统一阶固频，能量集中频段从低频段转移到高频段。构造反映频域能量的特征值Ci，选择有效值、关心频段占能比和特征值Ci三个征量判断颤振现象。⑷通过LabVIEW软件将全离散叶瓣图算法编译为可执行程序，简化稳定性叶瓣图计算过程。根据颤振数据特征，提出基于多重特征值的监测方案，并搭建成在线监测系统，采集、存储、分析加工中的振动数据，实现颤振监测的目的。

目录

1 绪论

1.1 铣削加工的应用

1.2 铣削加工中振动分类

1.3 切削颤振的产生机理

1.4 切削颤振影响因素

1.5 颤振相关研究现状

2 颤振稳定性叶瓣图

2.1 铣削受力模型

2.2 完全离散法求叶瓣图原理

2.3 螺旋角影响

2.4 参数变化对叶瓣图趋势的影响

2.5 本章小结

3 薄壁件动态特性研究及三维叶瓣图构建

3.1 切削力系数辨识

3.2 模态理论及研究方法

3.3 薄壁件动态特性实验研究

3.4 三维叶瓣图

3.5 实例应用

3.6 本章小结

4 刀具颤振特性实验研究

4.1 信号选择

4.2 信号处理方法

4.3 实验测试及数据分析

4.4 数据验证

4.5 本章小结

5 基于LabVIEW软件的系统搭建

5.1 LabVIEW软件介绍

5.2 完全离散法叶瓣图程序

5.3 颤振在线监测系统

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢