微铣削中考虑时变切削力系数的颤振稳定性预测

颤振问题严重制约了微铣床的加工效率和加工质量。加工过程中刀具的磨损使得系统的颤振稳定性预测精度逐渐降低。为解决上述问题,引入时变可靠性理论,并用Gamma过程描述刀刃半径随切削时间的变化关系。建立了系统的时变切削力、时变稳定性和时变可靠性模型,分析了给定条件下系统的颤振稳定性和颤振可靠度随加工时间的变化关系。给出了微铣削在高速铣削过程中在给定切深和主轴转速下系统的颤振时变稳定性和颤振时变可靠性的算例研究。研究表明:随着加工时间的增加系统的颤振稳定性逐渐降低,该方法能够更准确的预测出不同加工时间内系统的颤振稳定性。     

基于硅油减振器的螺纹旋风铣削刀盘系统抑振研究

螺纹旋风铣削的多刀具断续切削方式将加剧刀盘与工件间的交互冲击,引起刀盘系统的扭振,影响加工质量。以旋风铣削刀盘系统为研究对象,针对其在周期性切削力矩下发生扭振的特点,提出在铣削刀盘上安装硅油式减振器的抑振方案,进而建立基于硅油式减振器的旋风铣削刀盘系统动力学模型,对模型进行幅频特性分析,并对有无减振器两种方案下旋风铣削刀盘系统的动力学响应特性进行分析,以研究硅油式减振器对旋风铣削刀盘系统的减振效果。结果表明：硅油式减振器可有效地减小旋铣刀盘系统在不同切削频率下的振幅。当系统发生共振时,基于硅油式减振器的旋铣刀盘系统的响应幅值可降至7.10×10-4rad,降低了刀盘系统的扭振对螺纹工件加工质量和刀具寿命等的影响。     

分离型超声波振动切削动力学模型及其稳定性分析

本文在理论研究和实验验证的基础上,给出了分离型超声波振动切削的动力学模型及其传递函数表达式,并对其切削稳定性进行了详尽的分析。本文从理论上论证了分离型超声波振动切削可以抑制切削颤振,其抑振效果由切削系数Ψ_u 唯一确定,这一结论与实验结果相吻合。     

数控机床切削稳定性分析及实验研究

针对因机床结构的复杂性及零件加工轨迹不确定性,刀尖频响函数切削中难以保持恒定易造成稳定域图变化,导致机床切削参数选择不确定性问题,结合模态实验分别研究数控机床沿不同进给方向及机床主轴处于不同位置的颤振稳定域图预测;对同型号两台数控机床的切削稳定性进行对比分析。由实验采集切削中声音信号验证机床沿不同进给方向的切削稳定性存在差别。研究结果对实际加工中避免切削颤振及工艺参数选择具有指导意义。     

卧式车床高效钻孔装置

卧式车床高效钻孔装置安装在卧式车床刀台上，用溜板箱遥控杆控制进给，进给量按设备使用杼l生可根据产品材质、结构等选择，这解决了利用传统尾座手动进给存在断削、力量不均、切削效率低等问题，最终完成钻孔工作。这种方法特别适用于加工66—670之间孔，进给稳定，排屑速度快，相比传统尾座钻孔法效率能够提高3倍，既省时又省力。     

宽频带多重动力吸振器薄壁件铣削振动控制

薄壁零件在整个铣削加工过程中由于材料去除壁厚发生变化而导致其振动频率发生迁移,具有明显时变振动的特点。为了对整个铣削加工过程中振动的有效控制,提出了一种新型的宽频带分布式多重动力吸振器。在零件每个模态阵型敏感点位置处布置多组动力吸振器贴紧排布,令各动力吸振器固有频率不相等,以实现时变切削振动的最优控制。此外,各动力吸振器的设计参数采用全局优化方法进行设计,以壁厚连续变化过程中各敏感点频率响应函数幅值最小化为优化目标函数,通过有限元软件中的目标驱动优化模块得到各吸振器的最佳参数。最后对装有多组吸振器的薄壁零件不同壁厚不同位置点的频响幅值进行分析,验证该方法的有效性。结果表明,该动力吸振器一次安装调整即可实现零件铣削加工全过程中时变切削振动的有效控制,零件的频响函数幅值整体降低85%以上。     

离散分布式动力吸振器的设计及在船舶工程中的应用

用动力吸振器控制设备的振动,对质量比有一定的要求,在工程实践中(如潜艇,飞机,车辆等),由于空间的限制,安装一个大型动力吸振器十分困难。将一个动力吸振器改为若干个较小的动力吸振器,构成所谓的“离散分布式”动力吸振器(MTMD)则容易得多。本文讨论离散分布式动力吸振器的抑振特性。分析结果说明,在小范围内符合特定非线性间隔调谐频率的离散分布式动力吸振器不仅能更好地适应空间的限制条件,而且具有更宽的消振频带和更稳定的抑振效果,在失谐条件下的减振效果也比单个动力吸振器要好,并给出了分布式动力吸振器的优化设计方法及船舶工程应用实例。     

新型密封偏心自适应调节方法与减振实验研究

针对转子偏心引起的密封流体激振问题,设计了一种新型偏心自适应调节密封结构。该结构可自适应地减小转子偏心量,抑制密封流体激振。对其抑振机理进行探究,得出当偏心自调结构的固有频率和转子密封系统的激励频率一致时,其抑振效果最好;随着两者差值增大,其抑振效果变弱。以水作为密封介质,测量了不同弹簧刚度下偏心自调结构的固有频率,并改变转子转频,对其抑振规律进行实验研究。结果表明该结构固有频率随弹簧刚度增大而增大,但与激励频率差别较大,振动降幅只在10%~20%。将偏心自调结构浸于水,测量其固有频率,对其抑振规律进行实验研究。结果表明浸在水中时该结构固有频率值依然随弹簧刚度增大而增大,但比在空气中时减小了约40%,更加接近激励频率,抑制效果显著,振动降幅最大可达41.27%。     

内螺纹低频振动冷挤压振动加工装置动力学仿真分析

基于Adams对自行设计的内螺纹低频振动冷挤压振动加工装置进行动力学仿真,并以振动杆的角位移变化情况来考察内螺纹低频振动冷挤压加工过程中挤压丝锥棱齿的角位移变化情况。首先,建立该装置的动力学仿真模型;其次,基于单因素试验和正交试验方法获得该振动加工装置参数（包括振动板相对振动杆旋转中心高度、激振力和激振频率）对振动杆角位移变化幅度的影响规律。由仿真分析可知：（1）随着振动板相对振动杆旋转中心高度的增大,振动杆的角位移变化幅度则呈现增大趋势;随着激振力的增大,振动杆的角位移变化幅度呈现增大趋势;随着激振频率的增大,振动杆角位移变化幅度则呈现增大趋势。（2）激振力的变化对振动杆角位移的影响最为显著,其次是激振频率,最后是振动板相对振动杆旋转中心的高度。     

大型数控车床进给伺服系统的建模与分析

针对某大型数控车床的横向进给伺服系统,建立了考虑摩擦和传动刚度的综合力学模型和数学模型。通过数值仿真分析了低速进给下静动摩擦力差值和传动刚度变化对工作台输出的影响,得出了工作台产生爬行运动的可能性条件。该型数控车床横向进给系统现场实验的结果验证了理论分析的合理性。所得结论为数控机床进给伺服系统的稳定性和加工精度的提高提供了研究基础。     

铣削过程颤振稳定性分析的研究进展

综述铣削过程颤振稳定性分析的研究概况和进展。颤振建模和稳定性分析是该方法两个关键环节。依据颤振形成的物理条件,将其分为摩擦型颤振、振型耦合型颤振和再生型颤振。从切削过程的非线性和切削系统的非线性两方面,重点介绍再生型颤振的非线性建模的研究成果。稳定性分析方法根据对颤振模型的求解方法,分为频域法、离散法及数值法,概括了各个方法的特点、效果及适用工况。最后介绍了近来兴起的微细铣削研究领域中颤振稳定性分析的研究成果。由于其尺度效应,微细铣削加工具有独特的加工机理和特点,颤振建模中需考虑的因素与传统铣削多有不同,但稳定性分析方法仍大多沿用传统铣削中的方法。     

Strain rate analyses during elliptical vibration cutting of Inconel 718 using finite element analysis,Taguchi method,and ANOVA

The high strain rate in metal cutting significantly affects the mechanical properties of the work piece by altering its properties. This study outlines the material strain rates during elliptical vibration cutting. The finite element analysis, Taguchi method, and analysis of variance (ANOVA) were employed to analyze the effects and contributions of cutting and vibration process parameters (feed rate, rake angle, tangential amplitude, and frequency of vibration) on the variation of strain rates during machining of Inconel 718. Taguchi signal-to-noise analysis on an L₁₈ (2¹×3³) orthogonal array was used to determine the optimum parametric combination for the maximum strain rate, and ANOVA was applied to evaluate the significance of control parameter factors on the strain rate. The results of the finite element analysis under different conditions illustrated that the feed rate and rake angle were negatively related to the strain rate, whereas the tangential amplitude and frequency had a positive response. Furthermore, ANOVA results indicated that the effect of the feed rate, tool rake angle, vibration frequency, and tangential amplitude on the strain rate were all statistically significant, with a reliability level of 95%. Of these, the dominant parameter affecting the strain rate was the feed rate, with a percentage contribution of 40.36%. The estimation of the optimum strain rate and confirmation tests proved that the Taguchi method could successfully optimize the working conditions to obtain the desired maximum strain rate.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-020-00315-0     

时变金属切削过程颤振的线性,非线性时序模型

本文首先提出了时变金属切削过程的概念,然后采用对信号分段的AR、SETAR模型描述其时变性.文中对时变切削颤振的AR谱、颤振模态的阻尼率、时变系统的特征根、稳态颤振的极限环四个方面进行了研究,并直接用于第二汽车制造厂关键设备M_x-4车床的振动问题,较好地解释了M_x-4车床颤振的一些特有现象.     

Nonlinear models of chatter in drilling processes

We develop a nonlinear model of chatter in drilling that incorporates friction of the material on the cutting tool and its interaction with the axial-torsional mode of vibration seen in twist drills. Stability criteria are determined for both regenerative and non-regenerative chatter, and the effect of tool parameters and the friction law itself on the results is analysed. Our analysis shows that the exact form of the friction law is not critical in the stability calculation, only the size of the friction coefficient for steady cutting, and the slope of the friction law at the steady cutting state. However, its interaction with the geometry of the vibration is crucial. In the laboratory, drilling vibrational instabilities can occur at frequencies less than the natural frequency of the excited mode of the drill, and we find this result depends critically on the shape of the vibration mode projected onto the cutting edge of the drill.     

细长轴切削颤振的稳定性分析和实验研究

为了对细长轴的加工颤振进行稳定性研究,在对细长轴切削颤振机理的研究基础上,建立了刀具和细长轴耦合振动的两自由度系统的再生型颤振分析模型。利用解析法对时滞的动力学方程进行稳定性分析,得出了关于切削宽度和转速的稳定性切削极限图。从结果中可以得出两自由度系统的极限切削宽度比单自由度系统减小了28.6%。该成果可以为柔性零件的高效稳定加工提供理论切削参数。在车铣复合中心上进行了细长轴的切削颤振实验,通过与稳定性极限图的对比,发现实验结果与理论研究相吻合,并且总结出颤振发生前后刀具和细长轴的振动特性变化规律。这种振动特征的变化过程是对加工颤振进行监测和预警的重要识别指标     

机床切削颤振的非线性理论研究

由于机床结构结合面的动态特性常常表现为迟滞非线性特性,这种特性既包含了非线性刚度,又包含了非线性阻尼,因此,本文利用迟滞非线性建立了一个新的非线性颤振理论模型,利用等效线性化方法克服了解析分析上的困难,确定了该模型稳定性阈的近似解,获得了符合实际的三维稳定性图。通过对该稳定性图的分析,可以合理地分析及解释以往颤振理论所无法解释的种种颤振现象,例如颤振振幅稳定性现象、稳定性阈的分离现象、有限振幅不稳定性现象、微幅颤振现象以及双频颤振现象。     

Integrated approach for prediction of stability limits for machining with large volumes of material removal

High-speed machining of thin-walled structures is widely used in the aeronautical industry. Higher spindle speed and machining feed rate, combined with a greater depth of cut, increases the removal rate and with it, productivity. The combination of higher spindle speed and depth of cut makes instabilities (chatter) a far more significant concern. Chatter causes reduced surface quality and accelerated tool wear. Since chatter is so prevalent, traditional cutting parameters and processes are frequently rendered ineffective and inaccurate. For the machine tool to reach its full utility, the chatter vibrations must be identified and avoided. In order to avoid chatter and implement optimum cutting parameters, the machine tool including all components and the work piece must be dynamically mapped to identify vibration characteristics. The aim of the presented work is to develop a model for the prediction of stability limits as a function of process parameters. The model consists of experimentally measured vibration properties of the spindle-tool, and finite element calculations of the work piece in (three) different stages of the process. Commercial software packages used for integration into the model prove to accomplish demands for functionality and performance. A reference geometry that is typical for an aircraft detail is used for evaluation of the prediction methodology. In order to validate the model, the stability limits predicted by the use of numerical simulation are compared with the results based on the experimental work.     

切削加工系统的稳定性分析

本文根据一台数控车床的实际加工过程,建立了切削系统的动力学模型,并导出了切削过程闭环系统的传递函数。这一动力学模型,概括了再生型颤振和振型耦合颤振原理。稳定性分析所用的结构传递函数和动态切削力系数,是根据切削系统解耦的条件,在切削过程中辩识和测量得到的。稳定性分析得到的极限切削宽度值与切削颤振试驻的实验值,可良好地吻合。稳定性极限值的大小与左刃或者右刃切削方式,走刀量以及切削速度等因素有关。文中建立的切削过程动力学模型和稳定性分析方法,可用于预测加工过程的稳定性。     

切削过程再生颤振的模糊稳定性分析

在机床切削颤振分析中首次考虑了模糊不确定性因素的影响，利用模糊数学分析方法详细论述了切削过程再生颤振的模糊稳定性分析问题，给出了模糊稳定性极限切削宽度集合的可能性分布及其置信区间表达式，最后依据本文的理论分析，经计算机编程绘制了模糊稳定性图     

基于动力学及切削特性耦合的数控机床结构设计

切削性能是评价数控机床好坏的重要指标之一,在结构设计阶段必须加以考虑。以提高实验室自主研发的立卧转换四轴联动数控机床的切削性能为目的,研究基于动力学特性与切削特性耦合的机床结构设计优化方法。首先结合切削加工中的颤振稳定域理论,通过实验获取机床刀尖频响函数和切削力系数,预测切削加工时的三维颤振稳定域图(主轴转速-切宽-切深)及颤振频率图(主轴转速-切宽-频率)。其次采用实验模态技术对整机进行结构动力学测试及分析,在获取可视化振型的基础上,分析引起机床发生颤振,并导致切削性能降低的结构设计上的缺陷。在此基础上,改进主轴头结构并比较刀尖频响函数,结果表明系统动刚度约增加28.2%,机床抵抗切削颤振的能力得到明显加强。