銑削顫振穩(wěn)定性時域分析理論研究.pdf

1、銑削作為一種主要的加工制造方式，被廣泛地應(yīng)用于金屬制造業(yè)中。顫振是機床切削過程中出現(xiàn)的一種最主要的動態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重影響工件加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的提高，還會造成刀具的磨損和破壞，降低機床和刀具的使用壽命。銑削加工過程中的振動控制是當前機械設(shè)計及制造領(lǐng)域的前沿課題之一，具有重要的應(yīng)用價值。
　　本文以銑削加工過程為研究對象，對加工過程進行動力學(xué)分析和穩(wěn)定性極限預(yù)測，主要工作如下：
　　(1)考慮銑削加工過程中的再生效應(yīng)，建立了兩

2、自由度銑削動力學(xué)模型，并提出銑削顫振穩(wěn)定性的時域分析方法。將一個刀齒周期分成若干個小區(qū)間，在每個小區(qū)間內(nèi)構(gòu)造三次插值多項式，將系統(tǒng)的振動響應(yīng)表示成離散時間點的運動狀態(tài)的線性組合，采用加權(quán)殘值法構(gòu)建系統(tǒng)的Floquet狀態(tài)傳遞矩陣，并提出相應(yīng)的穩(wěn)定性判據(jù)。
　　(2)基于動態(tài)銑削模型和穩(wěn)定性時域分析理論，預(yù)測兩自由度銑削加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性極限，并通過時域仿真和分叉分析進行驗證。接著，又研究了多齒同時參與切削的銑削過程穩(wěn)定性，并分析了徑

3、向浸入量和銑刀齒數(shù)對穩(wěn)定性極限的影響:隨著徑向浸入量和銑刀齒數(shù)的增加，會逐漸出現(xiàn)多齒同時切削，銑削過程的連續(xù)性增強，但穩(wěn)定性極限會逐漸減低，穩(wěn)定切削參數(shù)域變小并逐漸向低轉(zhuǎn)速區(qū)移動。
　　(3)進一步考慮了螺旋角的影響，建立了基于螺旋角的動態(tài)銑削模型，并對螺旋銑削過程進行了穩(wěn)定性極限預(yù)測和分析，研究發(fā)現(xiàn)在低徑向浸入量情況下，由于螺旋角的存在，穩(wěn)定性葉瓣圖有明顯的Flip分叉現(xiàn)象，并且出現(xiàn)封閉曲線成為不穩(wěn)定孤島。隨著徑向浸入量、齒數(shù)和

4、螺旋角的增大，封閉的不穩(wěn)定孤島和Flip分叉現(xiàn)象逐漸消失。
　　(4)對基于穩(wěn)定性時域分析理論的算法精度的影響因素進行了分析，證實選擇不同的權(quán)函數(shù)對計算結(jié)果沒有影響，而提高插值次數(shù)對計算精度影響很小，但會增大計算量。增加劃分時間元的數(shù)目，有助于提高計算精度，但同時也會加大計算量。
　　本文在銑削加工過程的動力學(xué)分析和穩(wěn)定性極限預(yù)測方面的工作，對加工過程工藝參數(shù)優(yōu)化、實現(xiàn)高效率的加工及提升銑削工藝水平具有非常重要的實際生產(chǎn)意義