高速铣削再生颤振稳定性预测与验证

再生型颤振是制约高速铣削加工效率和零件加工质量的主要因素。以高速铣削加工为研究对象,建立了考虑再生效应的高速铣削动态铣削力模型和颤振稳定域解析模型,通过模态实验获得机床-刀具系统的频响函数,在此基础上综合使用铣削稳定性判据进行数值分析,获得了高速铣削颤振稳定域的解析解。最后,进行了零件颤振稳定性铣削加工实验,实验得到的结果与仿真结果吻合良好,由此验证了建立的颤振系统动力学模型和颤振稳定性解析模型的正确性。     

微铣削再生颤振动力学建模及稳定性分析

再生颤振是制约微铣削加工效率和加工质量的主要因素.以微铣削加工为研究对象,建立了考虑再生效应的微铣削颤振系统动力学模型和颤振稳定域解析模型,通过模态实验获得机床-刀具系统的频响函数,在此基础上综合使用铣削稳定性判据进行数值分析,获得了颤振稳定域解析解.最后进行了颤振稳定性加工实验,实验结果与仿真结果吻合良好,验证了建立的微铣削颤振系统动力学模型和颤振稳定域解析模型的正确性.     

薄壁件模态分析及铣削稳定性分析

薄壁件壁薄、刚性差,加工时易产生切削颤振,本文建立考虑刀具和工件刚度特性的薄壁件铣削动力学模型,根据不同刚度条件下系统的模态试验获取模型的系统动态性能参数。通过铣削加工试验进而获得模型的铣削力系数,并绘制出相关的切削稳定性极限图,设计切削试验模拟加工过程不同刚性条件,经试验验证,模型及极限图准确可靠。     

基于主轴系统动力学的铣削稳定性建模与分析

高速切削技术具有加工精度高和表面质量好的特点,但在切削难加工材料时易发生颤振。基于主轴系统动力学进行铣削稳定性的建模与分析,采用有限元法建立主轴系统动力学模型,重点考虑主轴旋转时产生的离心力对结合面刚度的影响,分析主轴转速对结合面刚度和主轴系统频响函数的影响规律。结合主轴系统动力学特性和动态铣削过程建立铣削动力学模型,利用全离散法进行铣削稳定性预测,分析主轴转速、刀具直径和刀具悬伸量对铣削稳定域的影响规律。     

基于稳定性理论的机床动态优化方法的研究

基于建立的刀具-工件铣削再生颤振多自由度动力学模型,研究了考虑机床结构参数和加工参数的切削稳定性评价方法。提出了基于稳定性理论以扩大稳定性区域和最大材料切除率为优化目标的机床全生命周期稳定性动态优化方法。在设计阶段,通过对影响稳定性的工艺参数动力修改扩大稳定区域;在生产阶段,进行刀具装夹结构和切削参数的优化,进一步扩大稳定区并确保稳定切削下的最大材料切除率。     

电流变液减振器在抑制深孔切削颤振上的研究

针对深孔机床切削中的颤振问题,设计了一套基于流动模式的电流变液减振器,分析了电流变液减振器的阻尼力并得出其表达式;又通过对切削颤振产生原因的分析,推导出瞬时动态钻削力的表达式;并在研究了深孔机床切削过程的基础上,建立了切削系统动力学模型,得出安装电流变液减振器后的动力学方程。在给定动力学方程中的参数值后,通过计算机仿真,对比安装和未安装电流变液减振器后的振动时域图,时域图表明电流变液减振器能有效地抑制深孔机床的切削颤振。     

主轴-切削交互过程建模与高速铣削参数优化

高速切削参数的合理选择是困扰企业的一个难题,过于保守的切削用量限制了高速机床性能的发挥和生产效率的提高.以高速铣削加工为对象,考虑高速旋转主轴的离心力和陀螺力矩效应,基于Timoshenko梁单元和Jones轴承模型建立高速主轴-刀具系统动力学模型.将主轴-刀具动态特性与高速铣削过程耦合,研究高速主轴-刀具系统动力学特性与切削过程之间交互机理,推导闭环动态铣削系统的特征方程.基于上述理论分析,提出基于主轴-切削交互过程模型的高速铣削切削参数优化方法,并应用于某型直升机的铝合金变速箱端盖加工中,通过选用最佳切削深度和主轴转速,使变速箱盖前端面内侧壁的加工效率提高了275％.     

球头刀铣削过程动力学模型

建立了考虑刀杆柔性的球头铣刀铣削振动模型,探讨了交变轴向力对刀杆固有频率的影响。考虑刀具动态变形和工件表面波纹对切削厚度的再生反馈,建立了球头刀铣削动力学模型,对铣削中的动态铣削力和刀杆振动进行了仿真,证明了离线仿真可以对铣削过程动特性做出预测。     

圆角铣削颤振稳定域建模与仿真研究

为避免在圆角铣削加工中产生颤振,建立考虑再生作用的圆角铣削动力学模型,推导其平均方向力系数计算公式。鉴于圆角铣削时主轴转速通常远大于圆角处的进给角速度,两者的平均方向力系数近似相等。因此,经典直线铣削颤振稳定域解析模型适用于圆角铣削,前提是需要用最大径向啮合角代替名义径向啮合角进行仿真。根据铣刀与工件的啮合情况,将圆角铣削分为均匀切宽圆角铣削和非均匀圆角切宽铣削两类,并分别推导出其最大径向啮合角计算公式。在动力学建模基础上开发圆角铣削颤振稳定域仿真模块,仿真结果得到了切削试验的验证,为圆角铣削切削参数的选择提供了一条有效途径。     

一种基于稳定性图的车铣复合机床切削稳定性研究及优化

为提高车铣复合机床的切削稳定性,避免切削过程中的颤振问题,文中以稳定性叶瓣图（以下简称稳定性图）为基础,研究了切削微型零件过程中的颤振问题。通过对车铣复合机床机构和机床模型的分析,得到了机床动态振动模型和机床颤振的数学模型。同时通过锤击试验方法,得到了刀具与工件系统的传递函数,构建了车铣复合机床的稳定性图。最后对机床主轴部件、机床后轴部件和高频铣削部件的稳定区间进行了研究,该实验研究结果指导和优化了车铣加工切削微型零件的参数选择。     

考虑犁切力的微铣削颤振稳定域建模与分析

以微结构铣削加工为研究对象,建立了微观尺度下考虑犁切效应的铣削动态铣削力模型和颤振稳定域解析模型。在微铣削加工实验的基础上,对应于刀齿的每一个瞬时转角,对微铣削颤振稳定域进行了时域求解,进而研究了犁切-剪切机制对微铣削颤振稳定域的影响。实验结果表明犁切效应对微细铣削过程的加工不稳定现象没有显著的影响。     

模具平面铣削加工动态仿真研究

在平面铣削颤振产生机理的基础上,简单论述了一种更精确有效的动态铣削力理论模型的建立过程,该模型充分考虑瞬态切屑的厚度及有效前角对动态铣削力的影响。在此基础上,运用数字仿真技术在频域内建立起动态铣削力和刀具-工件系统的相对振动位移的计算机仿真模型。利用该仿真模型,可以实时显示不同工艺参数和加工参数状态下动态铣削力的数值及其功率谱密度图形以及刀具-工件系统的动态振动位移图形。仿真结果将为预测和消除铣削过程的颤振现象,保证加工质量和加工效率,延长刀具使用寿命提供可靠的依据。     

基于MATLAB的高速铣削加工再生型颤振的建模与仿真

针对国内高速铣削加工工艺参数选择存在的问题,基于动态铣削力建模和颤振稳定域分析计算,以MATLAB为开发工具,得到了铣削加工再生型颤振仿真算法.通过模态锤击实验获得频响函数,利用Visio Basic软件设计了圆柱立铣刀动力学仿真系统,对整个加工系统的颤振稳定域图形进行仿真,为铣削加工切削参数选择和优化提供了理论依据.实验验证了该仿真算法的有效性和准确性,并在实际应用中取得了良好的效果.     

考虑结合面和轴向力的主轴系统动力学特性

汽车覆盖件淬硬钢模具由于硬度高,在铣削过程中动态铣削力大,易发生颤振,而主轴系统动力学特性直接影响铣削稳定性。为了准确建立主轴系统动力学模型,考虑主轴系统铣削状态下产生的轴向铣削力和离心力对主轴结合面接触刚度的影响。通过分析得到,轴向铣削力对主轴结合面接触刚度有强化作用,使主轴系统固有频率有微小的增加;而离心力对结合面接触刚度有软化作用,随着主轴转速升高,系统的固有频率减小,尤其高转速时主轴系统的动力学特性偏差较大,对比而言离心力的软化作用多于轴向铣削力的强化作用,故主轴系统在铣削过程中动力学特性相比静止无载状态下仍是软化现象;分析结合面预紧力、刀具参数等因素对主轴系统动力学特性的影响规律,为准确分析主轴系统动力学特性和预测铣削稳定性提供理论参考。     

薄壁零件铣削加工稳定性极限分析

针对薄壁零件铣削加工颤振稳定性问题进行了分析研究。综合考虑刀具子系统和工件子系统动态特性,采用三自由度弹性-阻尼系统,建立了适合薄壁零件的三维动态铣削力模型,求出了高速铣削稳定性极值解析解。根据模态锤击实验获得的频率响应函数(FRF frequency response function),绘出了铣削加工颤振的稳定性图形,并通过实验证实了稳定性图的有效性和准确性。     

高速铣削稳定性的不确定性建模及实验预测

高速铣削加工过程的颤振不稳定性是制约刀具寿命和加工效率的主要因素。传统的颤振稳定性预测模型都假设系统参数是恒定的,但是在实际的高速铣削过程中,影响加工稳定性的参数会随着高主轴转速、高系统动态特性而发生变化。为提高铣削加工精度,以高速铣削加工稳定性为研究对象,考虑参数不确定性的影响,应用棱边定理和排零准则,建立高速铣削变参数稳定性预测数学模型。在此基础上,通过模态测试和辨识铣削力系数获得固有频率及切削系数的变动范围,然后采用数值分析和铣削实验相结合的方式,验证了建立的高速铣削变参数稳定性模型的正确性。     

基于颤振预报和预测的稳定性控制理论及方法研究

针对由颤振预测控制策略指导的稳定切削控制方法实时动态调整能力差的缺点,综合颤振预报、预测理论,进行了稳定性在线寻优控制理论及方法的研究。基于刀具—工件系统铣削再生颤振动力学模型,研究了考虑系统结构参数(刀具、工件装夹刚度)和加工参数(切削加工参数优化选择)的切削稳定性评价方法,提出了以扩大稳定性区域和稳定最大材料切除率为控制目标的机床稳定性控制方法。形成了以"预报—控制—效果评估—再控制"为步骤的在线监测、智能诊断和实时控制的集成一体化策略。设计并实施了稳定性控制理论验证实验,获得了与理论分析一致的结论。     

评定机床颤振稳定性的新方法

本文考虑了进行机床动态试验时切削宽度连续变化这一时变因素对机床颤振稳定性的影响。由于切削宽度的连续变化,给切削过程引入了新的反馈因素,从而影响机床颤振稳定性。稳定性条件不仅与机床结构有效动柔度的实部有关,而且与相应的虚部及结构主振频率有关。因而传统理论不再适合做为评定机床动态性能的理论依据。本理论给出的稳定性条件,包含了切削工艺参数、工件材料及形状、机床结构动力学参数对机床颤振稳定性的影响,更符合实际地描述了颤振建立的客观条件,是建立新的机床动态性能评价指标的可靠理论基础。     

基于动态切削过程仿真的外圆车削稳定性判定

建立考虑工件轴向和径向两个方向刀具刃倾角和模态方向的车削颤振模型。利用试验得到的切削力系数和模态参数,获得给定机床、刀具和工件组合下的颤振稳定域曲线。建立外圆车削轴类零件的动力学模型,主要包括刀具相对工件的动态切削力和动态位移模型。提出一种借助动态切削力和刀具动态位移时域仿真,以及相邻两转的切削力和位移动态成分映射截面来综合判断切削过程稳定性的方法。通过切削试验验证颤振稳定域判据和动态切削过程判据的准确性。利用该方法了解稳定切削和颤振切削的信号特点和分布规律。对比颤振稳定域和动态切削仿真两种稳定性判据的有效性、优缺点和适用场合,尤其通过典型零件的切削过程仿真说明动态切削仿真方法的优点。此外,还通过对动态切削过程的变模态参数仿真,分析模态参数对切削过程稳定性的影响。     

薄壁零件高速铣削稳定性预测与验证

针对薄壁零件高速铣削加工系统小刚度、动态变化的频响特点和高阶动态特性,研究其无颤振稳定铣削的极限预测理论。针对薄壁结构小刚度的频响特性,建立由刀具子系统和工件子系统之间的相对动态特性决定的铣削动力学模型和无颤振稳定切削的临界条件;针对高速铣削的高转速特点,建立基于多自由度系统高阶动态特性的稳定性极限预测模型;针对薄壁结构在加工过程中其动态特性的时变性,提出通过跟踪工件在不同加工阶段的动态特性进行稳定性极限预测的方法。对典型薄壁结构进行切削试验,试验结果验证了所提出的稳定性预测模型和预测方法的有效性。