切削稳定性测试系统设计开发及三维稳定性图建立

摘要

铣削加工作为机械制造中一种常用的切削加工工艺被广泛应用制造业中机械零件的粗、精加工。由于铣削加工过程中的多刃断续切削、半封闭加工以及切削厚度随时间改变等特性，使得铣削加工过程中容易出现颤振现象。颤振严重影响加工稳定性，降低加工质量，缩短刀具使用寿命。很多操作者在常规铣削加工过程中，为了避免产生颤振，采用如降低切削深度或进给速度，导致加工效率降低，为铣削加工提供优化参数才是解决上述问题的最佳方法。
　　 首先深入研究实验模态分析理论，重点介绍了单模态最小二乘圆拟合法和多模态正交多项式拟合法，并在matlab开发平台上实现了这两种算法。为了提高精度，在传统正交多项式拟合法的基础上，增加了模态消去迭代法。在第一次拟合以后，实测频响函数消去拟合频段之外其余模态的影响，再进行拟合得到拟合频段内参数识别结果。经过试验验证，该方法能够精确识别动态特性参数。
　　 自激振动是切削加工过程中影响铣削加工稳定性的最主要原因。根据铣削再生颤振原理，开发了铣削稳定性分析算法。在该程序中导入模态分析结果，绘制出表示极限轴向切深与主轴转速的关系的曲线。目前建立的模型大都局限于二维稳定性的研究，绘制的稳定性图也大都是二维的。在实际的切削过程中，尤其是在薄壁复杂结构的零件的铣削过程中，由于切削位置的变化、切削过程中振动系统的质量和刚度的变化以及切削过程中其他因素变化的影响，二维稳定性图往往不能客观、全面地将振动系统中稳定性的变化表达出来。通过绘制工件铣削轨迹上不同位置处的铣削稳定性图，构造了工件随刀具铣削位置变化的三维稳定性图。三维铣削稳定性图将从总体上显示工件随着切削加工位置变化稳定加工区域。最后经试验验证，在三维稳定性图稳定区域内选取参数进行加工工件过程中，确实保证了加工的平稳性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 课题的国内外研究进展与趋势

1.2.1 模态分析发展

1.2.2 模态测试技术的发展

1.2.3 参数识别技术的发展

1.2.4 模态分析软件的发展

1.2.5 国内外稳定性仿真系统的发展

1.2.6 稳定性理论发展

1.3 课题来源以及研究内容

第2章 模态分析理论基础

2.1 单自由度系统的振动分析

2.1.1 粘性阻尼系统

2.1.2 结构阻尼系统

2.2 多模态系统识别理论

2.2.1 无阻尼系统

2.2.2 粘性比例阻尼系统

2.2.3 结构比例阻尼系统

2.3 本章小结

第3章 模态参数识别方法

3.1 单模态识别方法

3.1.1 最小二乘阻抗法

3.1.2 最小二乘圆拟合法

3.2 多模态识别法

3.2.1 正交多项式拟合法

3.2.2 forsythe复正交多项式

3.2.3 求极点和留数

3.2.4 剩余模态的影响

3.2.5 总体曲线拟合

3.3 模态振型标准化

3.4 本章小结

第4章 动态测试系统开发

4.1 开发平台简介

4.1.1 虚拟仪器软件编程介绍

4.1.2 matlab简介

4.2 动态测试系统硬件结构设计

4.3 实验方案设计

4.3 动态测试系统软件结构设计

4.3.1 数据采集模块编程

4.3.2 传递函数分析模块

4.3.3 模态分析模块

4.4 本章小结

第5章 铣削稳定性分析及三维稳定性图建立

5.1 铣削稳定性理论

5.2 铣削稳定性仿真实验

5.3 三维稳定性图建立

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢