高速切削穩(wěn)定性及其動態(tài)優(yōu)化研究.pdf

1、　　高速切削加工具有高效率、高精度和低成本的突出優(yōu)勢,是最重要、最具共性的先進制造技術(shù)之一,具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。高速切削系統(tǒng)(包括機床、刀具、工件和切削過程)是復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng),隨著切削速度的提高,切削過程中的振動導(dǎo)致的不穩(wěn)定切削對生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量、成本以及機床和刀具壽命的影響比普通速度切削大得多。高速切削加工的諸多優(yōu)越性的發(fā)揮必須以無振動穩(wěn)定切削的實現(xiàn)為前提。目前,關(guān)于高速切削穩(wěn)定性分析預(yù)測及其動態(tài)優(yōu)化理論與方法的研究很少,嚴重限

2、制了高速切削技術(shù)的發(fā)展。因此,以實現(xiàn)穩(wěn)定切削條件下的高生產(chǎn)效率和高加工質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo),提出在高速切削機床和刀具的設(shè)計、制造、檢驗、切削加工生產(chǎn)與維護的整個生命周期中進行考慮切削穩(wěn)定性的動態(tài)優(yōu)化的新理念,研究適合高速切削特點的切削穩(wěn)定性預(yù)測及其動態(tài)優(yōu)化理論和工程應(yīng)用方法,是促進高速切削技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的重要應(yīng)用基礎(chǔ)課題,對充分發(fā)揮高速切削的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。
　　探討適合高速切削特點的高速切削系統(tǒng)動力學(xué)模

3、型及其建模方法,據(jù)Lagrange方程,建立了考慮高轉(zhuǎn)速下離心力和陀螺力矩等多變量影響的高速切削系統(tǒng)多自由度動力學(xué)模型。以DMU-70V五軸高速加工中心(HSK主軸-刀柄聯(lián)結(jié))和ACE-V500立式加工中心(BT主軸-刀柄聯(lián)結(jié))為例,分析比較了離心力和陀螺力矩對不同機床主軸-刀柄結(jié)構(gòu)及其與不同刀具(立銑刀、面銑刀,不同直徑、齒數(shù)、外伸長徑比)匹配時在不同支承剛度、不同轉(zhuǎn)速下的動態(tài)特性的影響。界定了不同主軸刀柄結(jié)構(gòu)需考慮離心力和陀螺力矩影

4、響的臨界轉(zhuǎn)速范圍。數(shù)值計算和實驗結(jié)果表明,高轉(zhuǎn)速下離心力和陀螺力矩的影響不能忽略,HSK主軸-刀柄結(jié)構(gòu)在高速下的動態(tài)特性明顯好于BT結(jié)構(gòu)。
　　針對高速切削的特點,考慮在高速切削中不同切削條件和切削過程的振動對切削力的影響,建立高速切削過程的動態(tài)切削力模型。以螺旋立銑刀為例分析了不同切削條件對動態(tài)切削力的影響。
　　基于所建的動力學(xué)模型和動態(tài)切削力分析,研究了高速切削過程的再生型自激振動、自激振動與強迫激勵共同作用下的混合振