考虑非线性过程阻尼的铣削过程动力学建模及仿真分析

摘要

由于兼备高精度与高效率，高效切削技术已在航空航天、轨道交通、汽车等领域的零件加工中被广泛使用。颤振是制约高性能铣削的重要因素，通过对铣削加工过程进行动力学分析与建模，揭示铣削加工过程的特性与规律，采用科学合理的工艺参数，可望实现高效无颤振切削。由于过程阻尼效应在低速时尤为显著，因此要实现钛合金、镍基合金等航空难加工材料的高效铣削时，需要建立考虑过程阻尼影响的铣削动力学模型。本文拟针对考虑过程阻尼影响的铣削动力学建模开展研究，其主要内容如下：　　将铣削系统简化为二自由度振动系统，在圆柱螺旋铣刀动力学建模技术的基础上，考虑铣削过程中的再生切削效应，构建铣削加工过程动力学模型。在此基础上，分析过程阻尼产生机理，揭示过程阻尼效应与切削参数的关系，对过程阻尼力进行建模与求解，最后将过程阻尼纳入到铣削加工动力学模型中进行数值求解。　　基于用于求解铣削稳定性的经典半离散方法，提出了用于求解考虑过程阻尼影响的铣削动力学模型的改进半离散方法，由于该方法采用二分法对离散区间进行迭代处理，因此其计算效率更高。通过Matlab GUI编程实现了考虑过程阻尼影响的铣削稳定性预测程序的开发。　　基于考虑过程阻尼的铣削颤振稳定性预测分析，通过选取稳定点与颤振点处的切削参数进行仿真分析，得到了刀尖点时域位移信号及相平面图，进而揭示其中蕴含的动力学现象及其本质，并进一步分析过程阻尼对铣削稳定性的影响。　　最后，通过切削力系数辨识实验和模态参数辨识实验获得了进行铣削加工动力学仿真所需的切削力系数及工艺系统模态参数；通过颤振验证试验，验证了文中所构建模型及其求解方法的正确性。

目录

声明

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 铣削加工动力学建模与求解

2.1 铣削动力学模型

2.2 解析算法

2.3 半离散方法

2.4 本章小结

第三章 考虑过程阻尼影响的铣削动力学建模与求解

3.1 过程阻尼产生机理

3.2 考虑过程阻尼效应的铣削动力学模型

3.3 基于改进半离散方法求解考虑过程阻尼影响的铣削动力学方程

3.4改进半离散法的仿真结果比较分析

3.5 本章小结

第四章 基于Matlab软件开发仿真应用程序

4.1 Matlab开发平台

4.2 仿真程序结构及开发

4.3考虑过程阻尼的铣削稳定性仿真实例

4.4模态参数对考虑过程阻尼的铣削稳定性的影响

4.5过程阻尼参数对考虑过程阻尼的铣削稳定性的影响

4.6本章小结

第五章 考虑过程阻尼影响的铣削过程非线性分析

5.1 考虑过程阻尼的铣削动力学时滞微分方程

5.2 数值求解

5.3 仿真分析

5.4 本章小结

第六章 实验验证

6.1 实验方案及装置

6.2 模态实验

6.3 切削力系数辨识实验

6.4 铣削颤振稳定域验证实验

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间的主要研究成果

致谢