基于切削稳定性的薄壁圆柱壳切削参数优化方法的研究

摘要

薄壁圆柱壳是典型的难加工工件之一，加工时容易产生振动，而切削振动和切削稳定性有紧密联系，本文从机床的动态特性入手，一方面研究了基于切削稳定性的切削参数的优化，另一方面，经过LMS实验模态分析和有限元分析，对切削加工系统的薄弱环节进行结构优化。主要研究内容如下：
　　 (1)考虑薄壁圆柱壳为柔性体、刀具为柔性体，建立薄壁圆柱壳的切削动力学模型，推导出薄壁圆柱壳再生型极限切削宽度和机床主轴转速的数学模型，并对影响切削稳定性极限的各个主要因素进行分析。
　　 (2)利用实验对机床切削系统的各个参数进行识别，根据欧拉-伯努利梁理论和自由振动的衰减曲线实验得出刀具的等效质量、等效刚度和等效阻尼；利用LMs实验模态分析得出工件的一阶固有频率；通过切削实验和多元线性回归方法拟合出切削力公式，来得出动态切削刚度。
　　 (3)建立以切削效率为主要优化目标，以加工过程中切削力、切削功率、表面粗糙度和稳定性为约束条件的数学模型，应用粒子群算法进行优化，获得最优切削参数。并利用实验验证最优切削参数的有效性。
　　 (4)对尾顶进行静态分析和模态分析，利用ISIGHT软件集成PROE和ANSYS，进行试验设计寻找关键设计变量，最后进行结构优化。