球头铣刀铣削加工过程的动力学建模及仿真

摘要

本文以球头铣刀几何参数、金属切削原理、机床动力学、系统辨识和模态分析理论为基础，对螺旋刃球头铣刀的铣削力模型进行研究与改进，并基于Matlab环境下，采用数值仿真技术，对螺旋刃球头铣刀的动态铣削过程的铣削力与铣削振动进行建模，实现在时域内直接对铣削过程的仿真，并分析铣削参变量对铣削振动的影响，以及铣削加工过程的稳定性。本文具体内容： 1．基于铣削机理，通过对球头铣刀几何参数的分析，建立了球头铣刀的瞬时铣削力的微元模型及铣削力模型，并给出球头铣刀铣削力模型的仿真系统。 2．根据自激再生颤振机理和强迫振动机理、金属切削原理的基本规律，把机床—刀具—工件简化为质量块、阻尼器、弹簧的等效模型，建立了两个相互垂直振动方向的球头铣刀铣削系统动力学模型。 3．针对机床—刀具—工件系统，采用脉冲锤击激振测试法，得到频响函数曲线。依据频率响应函数与模态参数的关系，采用半功率带宽法与分量分析法对球头铣刀铣削系统进行模态参数识别。 4．讨论了常见的计算机仿真算法，采用变步长四阶龙格—库塔算法，求解本文提出的球头铣刀铣削加工动力学方程，给出了球头铣刀铣削加工的仿真系统。 5．以Matlab为工具，依据系统参数、仿真参数，用龙格-库塔法对球头铣刀不同铣削加工参数（每齿进给量、主轴转速、铣削深度等）下的铣削加工过程进行了仿真，同时对稳定性及自激振动也进行了仿真，分析了铣削过程中铣削参数对铣削振动及稳定性的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究的意义及目的

1.3 研究现状综述

1.3.1 经验系数切削力模型

1.3.2 理论铣削力模型

1.3.3 制造自动化中的球头铣刀铣削力模型

1.3.4 动力学模型

1.4 本文主要工作

1.5 本文章节安排

1.6 本章小结

第二章 螺旋刃球头铣刀的铣削力

2.1 引言

2.2 铣削机理

2.3 球头铣刀铣削力模型

2.3.1 球头铣刀瞬时铣削力模型

2.3.2 球头铣刀切削刃的铣削力模型

2.3.3 球头铣刀总的铣削力模型

2.3.4 球头铣刀切削力模型系数

2.4 球头铣刀铣削力仿真系统

2.5 本章小结

第三章 球头铣刀铣削加工系统动态模型

3.1 引言

3.2 铣削过程动力学模型

3.3 动态铣削加工过程

3.3.1 自激振动

3.3.2 强迫振动

3.4 稳定性方程与稳定性图

3.4.1 自激振动对切削过程稳定性的影响

3.4.2 强迫振动对切削过程稳定性的影响

3.5 本章小结

第四章 球头铣刀铣削加工的实验模态分析

4.1 引言

4.2 脉冲锤击激振测试

4.2.1 传感器

4.2.2 脉冲锤

4.2.3 SIGLAB 20-42动态分析仪

4.3 实验模态分析原理

4.3.1 频率响应函数与模态参数的关系

4.3.2 模态参数识别方法

4.4 球头铣刀模态实验及数据分析

4.4.1 实验数据

4.4.2 球头铣刀铣削系统的模态参数辨识

4.5 本章小结

第五章 球头铣刀铣削过程动力学仿真及稳定性

5.1 引言

5.2 铣削加工过程计算机仿真原理

5.3 铣削加工过程仿真的算法

5.3.1 常见的计算机仿真算法分析

5.3.2 数值积分算法求解球头铣刀铣削振动微分方程计算步骤

5.4 振型叠加法求结构动力响应

5.5 基于MATLAB环境下的球头铣刀动力学仿真

5.5.1 MATLAB软件简介

5.5.2 仿真系统

5.5.3 仿真结果

5.5.4 仿真结果分析

5.6 本章小结

第六章 全文总结

6.1 本文总结

6.2 研究工作不足及完善

参考文献

致谢

攻读学位期间参加科研项目与发表的学术论文目录