动态切削力解析模型的研究

在动态切削时，动态切削力解析模型是由切削力变量的合力推导的。动态切削力可以用静态切削系数或动态切削系数来表示，这两种系数都可由稳态切削数据来确定。本文验证了提出的模型，颤振分析是在一个两自由度的切削系统中进行的，并证明了从理论上预测的稳定性极限与由试验获得的极限切削宽度完全一致。     

铣削加工3维稳定性预测

传统的2维稳定性极限预测图反映不出进给量对切削稳定性的影响,针对这个问题,提出通过建立与进给量相关的切削力系数模型以反映进给量对切削稳定性的影响.该模型表示为以每齿进给量为变量的二次多项式方程.采用二次回归组合设计方法设计一组变进给量的中心复合试验,通过测量铣削力得到在特定切削条件下的切削力系数,根据最小二乘法估计回归系数.模型的可靠性通过其显著性检验证明,模型的预测能力通过预测铣削力和测量铣削力的拟合情况进行验证.基于该切削力系数模型,在稳定性极限预测中引入进给量因子,使2维稳定性图转化为3维稳定性图,表示出转速、进给量与临界稳定的轴向切深之间的非线性关系.     

三维切削中动态切削刚度的研究

在二维切削加工系统切削过程动刚度研究的基础上,通过对三维切削加工系统动力学模型的理论分析,给出了三维切削动刚度及动态切削力系数的解析表达式。     

面向数控机床运行状态的切削稳定性预测研究

切削加工过程中出现的颤振失稳现象,是限制机床加工质量和加工效率的主要因素。传统切削稳定性预测模型大多基于机床静止状态下的动力学特性,并采用恒定的切削力系数表征不同的切削条件。但在加工过程中,系统动力学特性和切削力系数会随着主轴转速等影响因素而变化,导致预测的切削稳定性叶瓣图在实际工程运用中出现偏差。针对机床运行状态下切削稳定性的准确预测问题,提出一种切削稳定性叶瓣图修正方法。该方法以刀具系统动力学特性与切削力系数为研究对象,首先建立主轴转速样本信息,将考虑转速效应的主轴轴承运行刚度写入机床有限元模型中,获取刀尖频率响应函数及其对应的各阶模态参数,以此结合模态拟合法和插值算法重构任意转速下的刀尖频响函数,同时以各切削参数为变量构建切削力系数响应面预测模型,进而将与转速对应的刀尖频率响应函数和不同切削条件下的切削力系数作为传统切削稳定性预测模型的输入,并通过结合自适应粒子群算法共同求解各转速下的极限切削深度,从而在全转速范围内绘制切削稳定性叶瓣图。将该方法应用于1台3轴立式加工中心的实际工序中,采用多组预测的无颤振切削参数进行切削实验,并通过切削力信号的频谱分析判定切削过程中未出现颤振,验证了稳定性叶瓣图修正方法的有效性,为无颤振切削参数的合理选择奠定了技术支持。     

基于切削参数的端面加工切削力模型

建立适用于变工况加工的切削力模型是将切削力信号用于切削过程监控的关键。建立了基于切削参数(切削速度、进给量、切削深度)与刀具状态(主要考虑后刀面磨损量)的切削力模型，通过试验值与模型的预测值之间的比较，进一步验证模型的准确性。     

变速切削系统的振动响应特征

研究了变速切削系统的振动响应特征，理论分析和实验结果均表明，在发生再生型颤振时，变速切削系统的振动响应和动态切削力的频率随时间的变化规律和机床主轴转速随时间的变化规律相同；动态切削力为一宽频的激励信号，振动响应为一窄带的响应信号；动态切削力和振动响应的包络变动周期与机床主轴的变动周期相同     

铣削力实验测试系统及功率谱分析在铣刀片槽型优选中的应用

铣削加工是采用多齿刀具进行断续切削的一种加工方法，为了对铣削力进行比较准确的测量，设计了铣削力测试系统。在断续切削中，切削力波形可被看作周期性函数，如果将其分解为各个频率的分量，可以认为它是由一个按特定的基本频率变动的正弦波形的切削力分量和许多个按基本频率的整数倍而变动的正弦波形的切削力分量叠加而成，本文所讨论的正是这种在断续切削条件下所特有的动态切削力，并着重研究它在时域及频域中的特性。对五种刀片进行了实验研究和槽型对比分析及优选，从而为刀片槽型优选提供一定的依据。     

变速切削系统的振动响应特征

研究了变速切削系统的振动响应特征，理论分析和实验结果均表明，在发生再生型颤振时，变速切削系统的振动响应和动态切削力的频率随时间的变化规律和机床主轴转速随时间的变化规律相同；动态切削力为一宽频的激励信号，振动响应为一窄带的响应信号；动态切削力和振动响应的包络变动周期与机床主轴的变动周期相同。     

线性改变切削深度对单晶铜纳米切削的影响

针对单晶铜纳米切削,利用分数阶微积分理论,建立了切削力主趋势分量对切削深度的依赖模型,以描述非线性的尺寸效应。利用近似熵测度,研究了在不同切削阶段中切削力高频扰动的复杂性。研究表明,在切入阶段,切削力经历了由负值到较大正值的突变,工件材料出现弹性失稳以及初期的弹塑性转变;在切削阶段,切削力的主趋势分量呈现明显的低频峰谷现象和非线性的尺寸效应。通过观测工件材料内部的位错形核及位错运动,详细地解释了切削力在线性改变切削深度条件下呈现这种演变特征的根本原因。     

微织构球头铣刀加工钛合金的有限元仿真

为了研究微织构对球头铣刀切削性能的影响与表面微织构的抗磨减摩性能,通过分析微织构的设计理论,对微织构刀具和普通刀具切削钛合金TC4进行了三维动态切削仿真,对比分析了两种刀具在切削过程中切削力、切削温度及刀具磨损的变化.结果表明,在干式切削条件下,微织构刀具在切削过程中切削力降低了16%,切削温度降低了13%,磨损深度值是普通刀具的25%,但刀具变形变大.微织构在球头铣刀切削过程中能够减小切削力,降低切削温度,减小刀具前刀面的磨损,延长刀具寿命,但可能会影响加工精度.     

周期分布压力腔的小孔节流圆形静压气体轴承静动态特性研究

利用摄动法研究了沿周向周期分布压力腔的小孔节流圆形静压气体轴承的静动态特性。通过有限差分法求解稳态雷诺方程和扰动雷诺方程,计算了轴承静承载力和静刚度及动刚度和阻尼系数,分析了扰动频率对轴承动态性能的影响,并对轴承的稳定性进行了分析。研究结果表明:扰动频率对轴承动态性能有较大影响;轴承的稳定性与气膜间隙、供气压有关,供气压越大,轴承稳定性越差,随着气膜间隙增大,稳定性先减弱后增强。     

断续切削时动态切削力的研究

本文建立了动态切削力的数学模型。首次提出了动态切削中动态偏角的概念,把切削振动和动态切削力联系起来。并通过实验验证了理论模型的正确性。这对于研究机床动态性能与刀具破损的相互关系有重要意义。     

静动荷载作用下简支预应力混凝土曲线箱梁剪力滞效应分析

选择集中荷载与均布荷载作为静荷载,地震作用与行车荷载作为动荷载,建立曲线箱梁三维空间实体有限元模型. 通过静力分析和动荷载作用下时程反应分析,研究跨中截面顶板剪力滞系数变化规律. 结果表明:在静动两种荷载作用下,剪力滞系数的最大值都出现在顶板与腹板交界处;在两种静荷载的作用下,剪力滞效应仅在顶板与腹板交界处明显,其它区域微弱,并且剪力滞系数不随荷载值的变化而变化;在天津波作用下,顶板各节点剪力滞系数在0.978~1.045之间,剪力滞效应不明显;在EL Centro波作用下,剪力滞效应明显,各节点剪力滞系数在0.065~4.12之间变化;在行车荷载作用下,剪力滞效应比较明显,剪力滞系数在0.42~2.08之间变化,外侧剪力滞系数峰值明显大于内侧,且剪力滞系数随着车速的增加而增加.     

变工况3维铣削稳定性预报方法研究

传统铣削稳定性预报大多仅针对切削宽度恒定的定工况,其结果并不适用于在切宽具有时变特征的变工况下指导选取无颤振铣削工艺参数。为此,以再生型铣削颤振机理为理论基础,通过推导基于时变径向切削宽度的刀齿切入/切出角,并综合考虑切削过程阻尼与刀尖点动力学行为非对称性,构建变工况二自由度铣削动力学模型;进而,在由转速、轴向切深、径向切宽所创成的变工况三维空间内,借助时域全离散方法对动力学模型稳定性进行判定,并绘制三维稳定性叶瓣曲面,从而形成一套针对变工况的三维铣削稳定性预报方法体系。以某型立式加工中心为平台,通过实施典型变工况铣削实验,对所提三维稳定性预报方法进行验证。数据对比分析表明,所提方法能较准确地预报变工况下稳定极限铣削工艺参数,与实测数据相比,其最大相对误差为5.9%。以该预报结果作为边界约束条件,有利于实现面向最大金属去除率的铣削工艺参数优化。     

考虑过程阻尼的切削稳定性建模与仿真分析

介绍了考虑过程阻尼影响的切削动力学模型,及切削稳定性解析求解方法;利用开发的仿真程序分别对车削和铣削的稳定性进行了仿真分析,模型与仿真程序的正确性得到了切削试验的验证。对比考虑过程阻尼影响前后的切削稳定性叶瓣图发现,考虑过程阻尼影响可显著提高低速区的稳定性极限值。考虑过程阻尼影响的切削稳定性仿真结果,可用于指导航空难加工材料的高效切削。     

Simulation analysis on influential factors of stick-slip

In this paper a new physical model for studying stick-slip is established. Based on the dynamics system of the model,the state equation of the system is presented. And simulation analysis on the influential factors of stick-slip is carried out. The relationship between stiffness ( horizontal and normal) ,dampness,mass, difference of static and kinetic coefficients of friction,driving velocity,and amplitude in normal direction is analyzed and parameters of stick-slip are evaluated. Results show that stick-slip can be reduced by improving horizontal stiffness,decreasing dampness,reducing mass,cutting down the difference of static and kinetic coefficients of friction,properly choosing the vertical stiffness and properly inducting the normal oscillation.     

金属切削过程的动态最佳化

本文通过对金属切削过程的静态最佳化的一般的数学模型的分析，讨论了金属切削过程的动态最佳化的实现问题，给出了一个在较多简化基础上的数学模型。     

Evaluation of survival stow position and stability analysis for heliostat under strong wind

Heliostats are sensitive to the wind load, thus as a key indicator, the study on the static and dynamic stability bearing capacity for heliostats is very important. In this work, a numerical wind tunnel was established to calculate the wind load coefficients in various survival stow positions. In order to explore the best survival stow position for the heliostat under the strong wind, eigenvalue buckling analysis method was introduced to predict the critical wind load theoretically. Considering the impact of the nonlinearity and initial geometrical imperfection, the nonlinear post-buckling behaviors of the heliostat were investigated by load-displacement curves in the full equilibrium process. Eventually, combining B-R criterion with equivalent displacement principle the dynamic critical wind speed and load amplitude coefficient were evaluated. The results show that the determination for the best survival stow position is too hasty just by the wind load coefficients. The geometric nonlinearity has a great effect on the stability bearing capacity of the heliostat, while the effects of the material nonlinearity and initial geometrical imperfection are relatively small. And the heliostat is insensitive to the initial geometrical imperfection. In addition, the heliostat has the highest safety factor for wind-resistant performance in the stow position of 90-90 which can be taken as the best survival stow position. In this case, the extreme survival wind speeds for the static and dynamic stability are 150 m/s and 36 m/s, respectively.     

Research on identifying the dynamic error model of strapdown gyro on 3-axis turntable

Gyro calibration technology is the key technologyin enhancing navigation system accuracy[1~4].The in-ertial unit in the strapdown inertial navigation system ismounted on the space vehicle directly;its dynamic er-rors are the main error sources of the strapdown inertialnavigation system.Gyros are the angular velocity sen-sors and key unit in the strapdown inertial system.Therefore establishing the dynamic error model of gyroand identifying the error model coefficients are of greatimportance for…