高速面銑刀切削穩(wěn)定性及其結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法研究.pdf

1、高速面銑刀是一種典型的高速切削刀具，在航空航天產(chǎn)品大型鋁合金整體構(gòu)件高效、高精度加工中得到廣泛應(yīng)用。高速切削穩(wěn)定性和設(shè)計協(xié)同性是高速面銑刀產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用中亟待解決的關(guān)鍵問題。目前，有關(guān)高速面銑刀切削穩(wěn)定性及其設(shè)計理論和設(shè)計方法的研究較少，使得高速面銑刀高效切削加工的技術(shù)優(yōu)勢未能得到充分發(fā)揮。 本文在高速切削理論和相關(guān)研究成果基礎(chǔ)上，以實現(xiàn)高速面銑刀安全、穩(wěn)定、高效切削和協(xié)同優(yōu)化設(shè)計為目的，采用灰色系統(tǒng)理論、切削振動學理論、切削動

2、力學理論、公理設(shè)計理論和最優(yōu)化設(shè)計方法，進行高速面銑刀切削穩(wěn)定性及其結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法研究： 針對小樣本、貧信息導致高速銑削安全穩(wěn)定性影響因素和評價指標不確定性問題，建立了考慮共振失效影響的高速面銑刀安全性判據(jù)，提出高速銑削安全穩(wěn)定切削條件，并采用有限元分析方法和彭桓武判別法，實現(xiàn)了銑刀安全穩(wěn)定切削預(yù)報；運用灰色系統(tǒng)理論，通過銑刀安全穩(wěn)定性絕對關(guān)聯(lián)度分析，獲得了銑刀結(jié)構(gòu)參數(shù)及其交互作用對高速銑削安全穩(wěn)定性影響規(guī)律；通過銑刀空轉(zhuǎn)實驗和

3、高速銑削實驗，結(jié)合單位切削力實驗結(jié)果灰色相對關(guān)聯(lián)度分析，驗證了高速銑刀安全穩(wěn)定切削判據(jù)的可靠性和有效性。 依據(jù)高速面銑刀動態(tài)切削模型和動力學方程，建立離心力和動態(tài)切削力振動模型，獲得了銑刀結(jié)構(gòu)參數(shù)對高速銑削穩(wěn)定性影響規(guī)律；針對高速切削工藝系統(tǒng)存在動力學特性建模、檢測和評價困難等問題，建立了動態(tài)切削力頻譜模型和高速銑削穩(wěn)定性評價模型，結(jié)合動態(tài)切削力實驗，從高速銑削振動能量分布變化規(guī)律分析入手，揭示出齒數(shù)和刀齒分布對銑刀減振的作用機

4、理，提出了具有較強通用性的高速面銑刀減振方法。 在銑刀最高切削溫度和工件最大傳熱比分析基礎(chǔ)上，建立了高速銑刀切削速度求解模型；依據(jù)每轉(zhuǎn)進給量影響加工表面粗糙度的判定條件，建立了基于切削振動和軸向誤差影響的加工表面最大殘留高度模型；結(jié)合高速銑削鋁合金加工表面粗糙度實驗，建立銑刀高效穩(wěn)定切削行為特征實驗?zāi)Ｐ停ㄟ^灰色綜合關(guān)聯(lián)度分析，驗證了最大殘留高度模型實用性，并獲得高速面銑刀對高效切削穩(wěn)定性影響規(guī)律。 在高速面銑刀公理設(shè)計

5、中引入灰色系統(tǒng)理論，進行銑刀結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法研究。采用灰色聚類分析方法解決銑刀結(jié)構(gòu)參數(shù)交互作用和功能耦合問題，實現(xiàn)了銑刀設(shè)計矩陣重構(gòu)和協(xié)同設(shè)計規(guī)劃；將上述方法延伸發(fā)展至銑刀底層功能優(yōu)化設(shè)計上，建立了刀齒分布優(yōu)化設(shè)計模型，給出基于特征匹配和切削速度預(yù)報的銑刀片優(yōu)選方法；針對特征變量不確定性問題，采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法識別和提取優(yōu)化變量，建立了銑刀動平衡精度優(yōu)化設(shè)計模型。結(jié)果表明，銑刀結(jié)構(gòu)化設(shè)計沒有出現(xiàn)刀具開發(fā)中經(jīng)常出現(xiàn)的設(shè)計回路，設(shè)計協(xié)同性顯