变齿距铣刀铣削系统颤振稳定性的时域分析理论研究

摘要

铣削作为一种主要的加工方式，越来越广泛的被应用于金属制造业中。铣削过程中的颤振现象作为铣削过程中的主要动态不稳定现象，严重影响了稳定性切削，阻碍了高效、高精度加工。研究铣削过程中的振动控制，对提高机床的切削加工具有重要的意义。而变齿距铣刀铣削作为一种较好的颤振稳定性被动控制方法，可以优化加工参数和刀具结构，实现加工过程无颤振材料的最大去除率，更加具有一定的研究价值。 本文以铣削加工中的颤振为研究对象，在总结前人研究成果的基础上，对加工过程进行动力学分析和稳定性极限预测，主要工作如下: 1.对铣削加工过程和铣削过程中的再生颤振效应进行介绍，建立等齿距铣刀铣削系统颤振的几何模型和动力学模型，并在此基础上建立了变齿距铣刀铣削系统的几何模型和动力学模型。 2.阐述了Floquet稳定性判据，然后介绍了采用Hermite三次插值的时间有限元法(TFEA)求解变齿距铣刀铣削系统时滞运动微分方程的过程。通过铣削系统的稳定性判据和极限预测绘制稳定性叶瓣图，并利用稳定性叶瓣图对不同齿距变化类型、刀齿数、刀具螺旋角等因素对系统稳定性的影响进行分析。针对某些具体工况下的工作点采用时域仿真的方法得到刀尖点的切削合力、振动位移的时域图。根据得到的仿真图形判断出该工况下铣削系统的稳定性再与时间有限元法得到的叶瓣图判断出的稳定性进行对比，以验证时间有限元法在预测系统稳定性时的准确性。此外，本文还论述了零阶近似频域法绘制铣削系统稳定性叶瓣图的原理，并将做出的图像与时间有限元法做出的图像进行对比，说明利用时间有限元法求解可以更好地预测铣削系统的稳定性。 3.进一步考虑了过程阻尼的影响，建立了基于过程阻尼的动态铣削模型，并进行了稳定性极限预测和分析，考虑模态参数和过程阻尼系数对系统铣削稳定性的影响。研究发现在低速旋转的情况下，由于过程阻尼的影响，与未考虑过程阻尼时的叶瓣图相比，会出现明显的上升趋势，转速越低叶瓣图上升越大。随着转速的提高过程阻尼的影响越来越小，即过程阻尼对低速运转的影响更大。

目录

论文说明

声明

摘要

1．1选题背景和意义

1．2课题国内外研究现状

1．2．1再生颤振理论模型的研究

1．2．2铣削稳定性预测发展现状

1．2．3变齿距铣刀铣削的研究现状

1．2．4过程阻尼对铣削稳定性的影响

1．3本课题研究内容

第2章变齿距铣刀铣削加工过程的动力学模型

2．1概述

2．2铣削介绍

2．3铣削中的再生颤振

2．4铣削系统颤振动力学建模

2．4．1铣削几何关系

2．4．2铣削过程中的瞬时切削厚度

2．4．3铣削过程动力学模型

2．5变齿距铣刀铣削动力学模型

2．6本章小结

第3章变齿距铣刀铣削颤振稳定性预测和影响因素分析

3．1概述

3．2时域法预测变齿距铣刀铣削颤振稳定性

3．2．1 Floquet稳定性理论

3．2．2求系统的周期传递矩阵

3．2．3铣削系统稳定性判据与极限预测

3．3变齿距铣刀铣削系统稳定性叶瓣图及影响因素分析

3．3．1齿距变化类型对稳定性特性的影响

3．3．2刀齿数对稳定性特性的影响

3．3．3刀具螺旋角对稳定性特性的影响

3．4零阶近似频域法预测变齿距铣刀铣削稳定性

3．5时域仿真验证稳定性叶瓣图

3．5．1频谱判断铣削系统稳定性

3．5．2判断固定点的稳定性

3．6本章小结

第4章考虑过程阻尼影响的变齿距铣刀铣削动力学建模与求解

4．1概述

4．2过程阻尼产生机理

4．3考虑过程阻尼效应的变齿距铣刀铣削建模

4．4考虑过程阻尼的变齿距铣刀铣削稳定性分析

4．4．1稳定极限预测与分析

4．4．2模态参数对考虑过程阻尼的铣削稳定性的影响

4．4．3过程阻尼参数对考虑过程阻尼铣削稳定性的影响

4．5本章小结

5．1总结

5．2展望

参考文献

致谢