考虑过程阻尼的铣削稳定性建模及仿真分析

摘要

切削过程中过程阻尼的存在导致低速区临界切削深度显著增加。建立考虑过程阻尼影响的铣削稳定性模型，对铣削过程稳定性叶瓣图进行准确预测，对于实现诸如钛合金、镍基合金等无法采用高速加工的航空难加工材料的高效切削至关重要。　　本论文拟以铣削过程中产生的过程阻尼为研究对象，首先进行过程阻尼建模研究并分析刀具几何参数及加工条件等对过程阻尼的影响；其次建立了考虑过程阻尼影响的铣削稳定性模型，采用解析法及全离散法对铣削稳定性模型进行了求解；最后通过颤振稳定域试验验证了铣削稳定性模型及其求解方法的正确性。　　在过程阻尼建模方面：首先描述了过程阻尼的产生机理，指出过程阻尼是在切削过程中刀具后刀面与已加工表面振纹之间的挤压所产生的，在此基础上分别通过解析法与数值法计算压痕面积并获得了过程阻尼的解析表达式；其次，采用能量等效法对过程阻尼系数进行辨识，通过将压痕力所消耗的能量等效为粘性阻尼所消耗的能量，求出了压痕力系数；最后，通过数值仿真，分析了刀具几何参数及切削条件等对过程阻尼系数的影响。　　在考虑过程阻尼影响的铣削稳定性建模与解析求解方面：首先，将铣削系统简化为二自由度振动系统，基于过程阻尼力模型和再生切削力模型，建立其动力学微分方程；其次，将动态切削力进行傅里叶级数展开并只保留一次谐波，由特征方程的特征根来求解临界轴向切削深度，进而获得稳定性叶瓣图；最后通过切削颤振试验验证模型及其解析求解方法的正确性，通过仿真来分析铣削加工工艺参数对稳定性叶瓣图的影响。　　针对经典解析方法无法预测浅径向浸入铣削时存在的附加稳定性叶瓣的局限性，通过借鉴用于求解未考虑过程阻尼影响铣削稳定性的全离散方法，实现了考虑过程阻尼影响的铣削稳定性模型求解，并评估了算法的收敛性，最后通过切削颤振试验验证了求解方法的正确性。

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第一章 绪论

1.1论文研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容及结构

第二章 过程阻尼建模与模型系数辨识

2.1 过程阻尼产生机理描述

2.2.压痕面积的计算

2.3过程阻尼建模与模型系数辨识

2.4过程阻尼系数的影响因素分析

2.5本章小结

第三章 考虑过程阻尼影响的铣削稳定性建模与解析求解

3.1 考虑过程阻尼影响的动态铣削力建模分析

3.2 考虑过程阻尼的铣削稳定性建模分析

3.3考虑过程阻尼的铣削稳定性试验验证与分析

3.4 本章小结

第四章 基于全离散法的铣削稳定性预测

4.1求解铣削稳定性的全离散方法

4.2 考虑过程阻尼的铣削稳定性模型全离散法求解

4.3 一阶全离散算法的相关分析及实验验证

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间的主要研究成果

致谢