铣削系统颤振稳定性分析及稳定性的影响因素

摘要

铣削过程中的颤振是影响稳定性切削，阻碍高效、高精度加工的主要因素。若要避免颤振，则必须选择合理的加工参数如径向切深、轴向切深和主轴转速。
　　本文以铣削加工中的颤振为研究对象主要做了以下工作:
　　1.针对直齿铣刀和螺旋齿铣刀的立铣加工过程分别进行了几何建模和动力学建模。
　　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)求解铣削系统时滞运动微分方程的过程。并且采用时间有限元法通过绘制系统在考虑刀齿螺旋角、切削径向浸入量和刀杆多阶模态参数时的稳定性叶瓣图论证这些因素对系统稳定性的影响。针对某些具体工况下的工作点采用时域仿真的法得到刀尖点的切削合力、振动位移的时域图，以及该工况下刀尖点的庞加莱截面图。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，本文还论述了单频法绘制铣削系统稳定性叶瓣图的原理和步骤。
　　3.当铣削系统的主轴的转速大于1万转每分钟时陀螺效应对系统稳定性的影响是不可忽略的。本文最后一章论述了陀螺效应对刀杆固有频率的影响，由得到的刀杆固有频率和刀杆转速的关系判断出陀螺效应对固有频率的影响。将得到的考虑和不考虑陀螺效应的刀尖点位移传递函数的幅频曲线对比判断陀螺效应对刀尖点位移传递函数的幅频响应曲线的影响。最后做出来考虑陀螺效应的铣削系统的稳定性叶瓣图。

目录

声明

论文说明

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 铣削稳定性的影响因素

1．3 本课题研究内容

第2章 铣削加工过程中的动力学模型

2．1 铣削介绍

2．2 铣削中的再生颤振

2．3 直齿铣刀铣削过程建模

2．3．1 铣削几何关系

2．3．2 铣削过程中瞬时切削厚度的变化

2．3．3 铣削过程动力学模型

2．4 螺旋刀齿铣削动力学模型

2．5 本章小结

第3章 铣削颤振稳定性预测和影响因素

3．1 时域法预测铣削颤振稳定性

3．1．1 Floquet稳定性理论

3．1．2 时间有限元法(TFEA)求系统的周期传递矩阵

3．2 铣削系统稳定性叶瓣图及稳定性影响因素

3．2．1 螺旋角对叶瓣图的影响

3．2．2 径向浸入量对叶瓣图的影响

3．2．3 二阶模态参数对叶瓣图的影响

3．3 时域仿真验证叶瓣图的准确性

3．4 铣削稳定性的频域分析方法

3．4．1 铣削稳定预测的单频方法

3．4．2 方向因子对刀尖FRF的影响

3．4．3 频域法绘制铣削稳定性叶瓣图的步骤

3．4．4 频域法绘制稳定性叶瓣图的实例

3．5 本章小节

第4章 陀螺效应对铣削颤振稳定性预测的影响

4．1 陀螺效应

4．2 铁木辛柯梁模型

4．2．1 铁木辛柯梁理论

4．2．2 不考虑陀螺力矩铁木辛柯梁振动模型

4．2．3 考虑陀螺力矩时铁木辛柯梁振动模型

4．3 陀螺效应对铣削系统刀杆固有频率的影响

4．3．1 不考虑陀螺效应时悬臂刀杆的固有频率

4．3．2 虑陀螺效应时悬臂刀杆的固有频率

4．4 陀螺效应对铣削系统稳定性预测的影响

4．4．1 考虑陀螺效应的高速铣削系统的运动学方程

4．4．2 刀尖节点的传递函数

4．4．3 考虑陀螺效应时铣削系统的稳定性叶瓣图

4．5 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

附录