基于切削力仿真与精细积分建模的铣削稳定域研究

摘要

制造业是一个国家经济增长的重要产业之一，基于完善的理论体系和长久的实际经验，制造业在世界各国都已迅速发展。但是现如今先进制造业的发展也面临了更多的难题。随着先进科学技术的提高，电子电气的发展，信息智能控制技术的应用，机械制造业朝着智能化、自动化、信息化、高精密的方向发展。在机械加工制造行业中，铣削加工过程的稳定可靠性也成为了制造技术的关键。实际铣削加工的振动问题严重影响了加工质量、精度、效率甚至安全等问题。近年来加工制造高精度、高质量的零件成为难题，因此，在切削加工过程中选取合适的切削参数对于提高加工精度及质量具有重大的意义。
　　本文从加工系统稳定性出发，以加工工艺参数优化和提高工件质量为主线，通过切削加工系统颤振的分析，对切削加工系统稳定性问题进行了研究。本文的主要内容有:
　　首先，基于ZOA方法，结合模态试验和切削力试验，构建出加工系统的稳定性叶瓣图，并通过实验验证其可靠性。
　　再而考虑实际工程的可行性以及切削力系数的可靠辨识，采用有限元分析方法，模拟仿真实际切削加工过程，并得到相关实际加工参数，包括切削力和切屑形成等。通过切削力分析，了解其切削力变化的原因，将切削力数据处理之后，获得所需的切削系数。
　　结合所得到的切削系数和机床刀具系统模态参数，利用精细积分方法，在时域范围内，求解动力学方程，并考虑其中的非线性时滞项因素，最后获得精度更高的切削加工稳定性叶瓣图。掌握该叶瓣图构建方法，并与实际项目进行结合，对实际的切削加工进行预测及验证该方法的可靠性。
　　通过以上的研究，本文系统地提高了铣削加工的稳定性，并在原来基础上，提出了更高精度的铣削参数选择方法，在进行试验验证该方法的可行性之后，将其应用于实际重大项目。该研究对机械加工具有重大意义:加工颤振原理可以优化加工过程中的动力学理论知识;具有广阔的应用前景，切削加工为绝大多数零件机械加工的方法，可以广泛应用于实际工程;利用快速计算技术与高精度的计算方法将动力学理论方法实现得更加精确;通过新的方法快速建立稳定性的切削参数选取图表，能够直接、快速地提高实际工程的加工效率及精度、质量;完善了非线性动力学的模型以及稳定性切削参数图表的精度。