铣削颤振稳定域叶瓣图确定方法研究

铣削颤振是一种非稳定性振动,会损伤工件表面质量,降低切削效率。本文提出了通过理论模型计算与实验设计相结合方法确定铣削颤振稳定域叶瓣图。基于实验测量数据和理论分析计算,利用遗传算法来优化确定各常数参数,从而绘制出与实验测量结果相一致的铣削颤振稳定域叶瓣图。该叶瓣图可有效应用到该机床实际铣削加工过程中的参数选择,对提高铣削加工效率和加工质量有重要意义。     

基于隐式Adams方法的螺旋曲面铣削系统稳定性预测研究EI北大核心CSCD

针对螺杆转子铣削过程中的铣削系统稳定性进行研究。首先通过模态试验获取刀具的模态参数。其次,根据盘铣刀铣削螺杆转子曲面原理建立三自由度铣削力模型和以线性时滞微分方程表示再生型颤振影响的铣削加工动力学模型,并对刀齿铣削周期进行离散。然后,提出基于隐式Adams对螺旋曲面铣削系统稳定性进行预测的方法,在利用隐式Adams方法对动力学方程进行数值求解的基础上,依据Floquet理论判断系统的稳定性,获得螺旋曲面铣削系统的稳定性叶瓣图。最终,根据稳定性叶瓣图选取加工参数进行试验,验证隐式Adams方法在螺旋曲面铣削系统的适用性。试验结果表明:数值求解结果与试验结果吻合程度较高,即采用的隐式Adams方法适用于螺旋曲面铣削系统的稳定性预测。     

基于隐式Adams方法的螺旋曲面铣削系统稳定性预测研究

针对螺杆转子铣削过程中的铣削系统稳定性进行研究。首先通过模态试验获取刀具的模态参数。其次,根据盘铣刀铣削螺杆转子曲面原理建立三自由度铣削力模型和以线性时滞微分方程表示再生型颤振影响的铣削加工动力学模型,并对刀齿铣削周期进行离散。然后,提出基于隐式Adams对螺旋曲面铣削系统稳定性进行预测的方法,在利用隐式Adams方法对动力学方程进行数值求解的基础上,依据Floquet理论判断系统的稳定性,获得螺旋曲面铣削系统的稳定性叶瓣图。最终,根据稳定性叶瓣图选取加工参数进行试验,验证隐式Adams方法在螺旋曲面铣削系统的适用性。试验结果表明：数值求解结果与试验结果吻合程度较高,即采用的隐式Adams方法适用于螺旋曲面铣削系统的稳定性预测。     

基于瞬时铣削力系数法的拼接模具铣削稳定性研究

在拼接模具铣削过程中,由于拼接过缝处硬度差的影响致使铣削力发生突变并加剧振动,进而降低工件表面质量和刀具的使用寿命。针对上述问题本文首先建立了拼接过缝区域的切屑厚度模型,分析了切屑厚度与铣削力系数的关系;然后运用基于Runge-Kutta法的全离散法求解铣削动力学方程,由于瞬时铣削力系数随切削参数的变化而变化,故基于该方法可获得上限和下限的多条稳定性预测曲线,并利用最小包络法形成上、下限的带状区域作为最终的稳定边界;最后综合运用时域、频域分析来验证铣削稳定性预测曲线的准确性。提出的稳定性预测模型可以为大型汽车覆盖件铣削加工过程提供理论参数依据,并解决铣削拼接处冲击载荷引起的振动问题。     

基于径向基函数的AL2A12薄壁件铣削稳定性研究

在薄壁件铣削过程中,颤振对工件表面质量有很大影响,在实际加工之前进行铣削稳定性预测,便于获取无颤振的加工条件。基于径向基函数逼近理论,提出一种铣削稳定性预测方法。通过试切法和锤击法获得了AL2A12薄壁件的切削力系数和模态参数,并基于所提出的方法推导了系统的状态转移矩阵,通过Floquet定理来判定系统的稳定性,从而获得了AL2A12薄壁件铣削过程的稳定性图。为了验证所提方法的计算效率,采用相同的系统参数来进行计算。通过与零阶半离散法和全离散法相比,表明在获得的铣削稳定性图一致的前提下,所提方法的计算效率最高。在预测的稳定性图中选择4个参数点,利用参数点所对应主轴转速和轴向切深来加工AL2A12薄壁件,将实际加工结果与稳定性预测结果进行比较,验证了所提预测方法的有效性。通过实际切削表明,在AL2A12薄壁件的加工过程中,当轴向切深相近时,较高的主轴转速可以获得更好的加工表面,同时也可以避免黏刀现象的产生。     

薄板件铣削颤振稳定性的非线性判据实验研究

铣削过程中非线性动力学行为一直伴随整个切削过程,为准确地判定和预测加工过程的颤振稳定性,基于实验方法,研究了两端固定薄板件铣削颤振稳定性的非线性判据。实验中以薄板件振动信号为研究对象,基于相平面法、庞加莱法和频谱分析了不同加工参数时的振动信号,绘制并讨论了最大Lyapunov指数与主轴转速和铣削深度的变化关系。最后以最大Lyapunov指数作为判据,通过等高线法确定铣削颤振稳定域,并和基于全离散法得出的铣削颤振稳定域进行比较分析,实验得出了航空铝合金7075-T6薄板件颤振稳定域的非线性判据。     

包含刀具-工件多重交互与速度效应的铣削颤振稳定性分析

为研究刀具-工件多重交互与速度效应对铣削颤振稳定性的影响,建立了包含刀具-工件多重交互与速度效应的铣削动力学模型,阐明了无刀轴倾角状态下再生效应、过程阻尼、刀具结构模态耦合与速度效应的耦合作用对铣削颤振稳定性的影响规律,研究了不同径向浸入比下刀具-工件交互与速度效应对铣削稳定性的影响。结果表明,与只考虑再生效应的铣削动力学模型相比,当同时考虑再生效应、过程阻尼与刀具结构模态耦合时,得到的稳定性叶瓣图中颤振区域发生明显变化;当主轴转速较低时,刀具-工件之间的多重交互效应是影响铣削颤振稳定性的主要因素,速度效应对极限切深的影响可忽略不计;随着主轴转速升高,速度效应对极限切深的影响逐渐增大,稳定性叶瓣图中稳定区域呈逐渐减小趋势;在一定范围内,随着铣刀后刀面磨损带的增加,铣削极限切深逐渐增大;主轴转速一定时,径向浸入比相对较小的情况下过程阻尼对铣削稳定性的影响更加明显。采用铣削试验进行验证,结果表明,与传统动力学模型相比,构建的铣削动力学模型能够更加可靠地预测实际铣削状态。     

基于Magnus-Gaussian 截断的铣削系统稳定性的半离散分析法

机床铣削系统的动力学可以通过一微分差分方程组来描述。对该动力学模型进行稳定性分析,可以确定稳定的铣削参数域及稳定性图。半离散法作为一种有效的半解析稳定性分析法,在对铣削系统动力学模型进行零阶半离散化时的误差级数较大,往往需要进行多步长的运算才能获得比较精确的稳定性分析结果。本文通过引入Magnus-Gaussian 截断法,推导出了基于Magnus-Gaussian 截断的零阶半离散稳定性分析法。用该方法对铣床切削稳定性进行了分析,并获得了各种工况下的铣床稳定性图。结果表明：该方法比原来的零阶半离散稳定性分析法能够更快的收敛于稳定解,从而节省了稳定性分析的运算时间。     

一种基于多步回溯算法的铣削稳定性预测方法

在加工过程中,由于薄壁件的弱刚性易发生加工颤振,从而对工件表面质量和刀具寿命等造成不良的影响,对铣削过程的稳定性进行预测是至关重要的.通过提出一种多步回溯算法来预测铣削过程的稳定性,将铣削过程离散化成时滞周期方程,在每个时间间隔上采用多步回溯的方法来近似时间周期及时滞项.通过构建状态转移矩阵,根据Floquet理论获得...     

侧铣加工动力学建模及仿真

本文以两自由度的铣削加工为研究对象,建立了闭环的动态力～振动切削动力学仿真模型;应用模型仿真切削力与振动并与实测数据进行比较;证实该模型仿真切削力与振动的准确性。该结果对预测铣削力与振动,选择合适的切削参数具有实际意义。     

高速电主轴铣削稳定性研究

建立了高速电主轴轴承-转子动力学模型,并分析高转速与铣刀刀尖点处传递函数的关系,以此为基础建立高速电主轴铣削稳定性模型。以D62D24A型高速电主轴为例,针对转速对轴承动态支承刚度的"弱化"作用,计算系统第一阶径向振动固有振型,理论分析并经实验验证系统第一阶径向振动固有频率的变化趋势,并解析转速影响下的系统铣削稳定瓣图,实验验证了高转速下系统铣削稳定性能的变化趋势。     

黏性流体环境对铣削颤振控制的可行性分析

铣削加工过程中,颤振是影响加工效率的关键因素。针对铣削颤振的控制问题,提出将铣削系统置于黏性液体内进行加工的新工艺方法。首先针对性地设计了一个单自由度工件,建立了该工件的稳定性分析模型。然后通过铣削力试验和模态试验,分析了黏性液体环境对铣削力系数及铣削系统动力学特性的影响,结果表明黏性液体在降低铣削力系数的同时,增加了铣削系统的阻尼。最后通过铣削试验定量对比了黏性流体环境对铣削稳定性的影响试验。结果表明,在黏性液体内进行铣削加工时,铣削颤振得到了有效抑制。     

铣削振动的计算机仿真

介绍采用数字仿真研究平面端铣切削振动的原理和条件,通过比较铣削振动试验和计算机仿真中的铣削强迫振动与自激振动现象,验证了数字仿真的可行性和优点。应用Runge-Kutta和Simpson公式－快速卷积－迭代两种数值方法仿真铣削振动的结果相当接近,并与试验结果及他人研究结论相符,而后者具有计算简单、收敛速度快和解的稳定性好等优点。     

二自由度系统最佳阻尼的设计

随着现代工程技术的发展,很多旋转机械正在向高速和超高速方向发展。因而,这类机械的振动分析和振动稳定性的研究显得日益突出,其中系统的阻尼设计仍是个重要问题之一。本文以旋转另件的不平衡质量引起的干扰力为前提,试图对二自由度系统的最佳阻尼设计问题进行探讨,其中某些结论可以为多自由度系统的初设计阶段或近似分析中提供参考。图1是二自由度具有粘滞阻尼的强迫振动系统,其中m_1、K_1为主振系统,m_2、K_2为阻尼吸振器系统。对此系统最佳阻尼的设计过去已有详尽分析。这些设计对于干扰力为Psinωt的系统较为实用。但工程中经常遇到象图2这样的旋转系统,可以简化为图3所示的模型,其中m_2、K_2,     

复杂非线性隔冲减振系统计算分析

基于结构动力学理论，提出了一种用于分析计算复杂非线性隔冲减振系统的双模型两步计算法。该方法将冲击振动分成2个阶段：冲击作用阶段和自由振动阶段。冲击作用阶段，采用两自由度模型进行响应计算，该两自由度模型可有效地解决基础冲击输入问题；自由振动阶段，采用单自由度模型进行响应计算，设备在该阶段以冲击终了时刻的速度和位移为初始条件进行振动。文中还对一个典型的复杂非线性系统的冲击过程进行了数值计算．该方法亦可用于线性隔冲减振系统的计算分析．     

中高频大振幅垂向振动下的坐姿人体7自由度建模及实验

建立合适的人体振动模型,预测人体在不同振动环境下的动力学响应和各部位振动的传递性,能够对建筑和交通工具内部的振动控制起到指导作用。到目前为止,大多数垂直振动下的人体多自由度模型都是针对较低频率(20Hz)和较小幅度(1.5 ms-2)的振动环境,未必适用于较高频率(20 Hz)和较大幅度(1.5 ms-2)的垂向振动环境。为了准确地预测坐姿人体对中高频、大振幅垂向振动的动力学响应,建立垂向振动下坐姿人体的7自由度修正模型,并通过实验测试25名志愿者在4种不同加速度幅值(1.0 m/s2、1.5 m/s2、2.0 m/s2、2.5 m/s2)的宽带随机(2~100 Hz)垂向振动下的视在质量。实验结果表明,相比ISO标准规定的3自由度模型,所提出的7自由度修正模型能较准确地预测坐姿人体对大振幅垂向振动的动力学响应。     

航天器太阳帆板多自由度减振装置设计

航天器外伸的太阳帆板会引起驱动扰动和残余振动两类振动问题,且两者发生在不同的振动方向(扭转和弯曲),并属于不同的振动类型(强迫与自由振动).提出一种多自由度减振装置实施方案,通过调整驱动系统动态特性降低两类振动干扰.基于虚功原理建立了太阳帆板驱动系统动力学模型,分析了减振装置刚度和阻尼参数对驱动系统动态特性的影响规律,...     

具有内阻的旋转锥形复合材料刀杆铣削过程稳定性的仿真分析

研究考虑材料内阻的旋转圆锥形复合材料刀杆铣削系统的再生颤振稳定性。基于复合材料粘弹性本构关系、Hamilton原理和Rayleigh梁理论，结合再生时滞铣削力模型，分别导出旋转坐标以及惯性坐标表示的颤振偏微分方程。采用Galerkin法对颤振偏微分方程进行离散化。基于自由振动分析和能量法计算复合材料刀杆的模态损耗因子；基于特征值分析技术计算旋转复合材料刀杆的临界速度和失稳阈。采用时域半离散法和频域零阶近似解法，预测切削系统的稳定性。分析锥度比、长径比、铺层角、铺层方式，以及内、外阻对切削稳定性的影响。计算结果表明，轴对称旋转刀杆铣削过程在两种坐标系下的稳定性预测结果是一致的。研究发现，在高转速下，由于旋转复合材料刀杆内阻的作用，切削系统出现新的不稳定区域。这些新的不稳定区域的起始转速等于旋转复合材料刀杆的失稳阈。     

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     

斜拉桥主梁纵向漂移对拉索非线性振动影响

为研究斜拉桥主梁纵向漂移对拉索非线性振动的影响,利用Galerkin方法得到了两端激励拉索的离散运动方程,再用Matlab和DSolver分别求解,两者结果完全吻合。绘制了激励-响应关系图,分别研究两种纵向漂移频率(主共振和亚谐波共振)时固结体系、小幅纵向漂移和大幅纵向漂移三种情况下斜拉索非线性振动。结果表明：合理的主梁纵向漂移可有效减小斜拉索振动;斜拉索本质上只存在参数激励和强迫振动两种激励模式,在亚谐波共振时这两种激励模式互不影响。不论斜拉索角度,端部激励大小及方向如何变化,只要各激励在斜拉索轴向分量之和(参数激励)及横向分量之和(强迫振动)不变,则斜拉索响应不变。