铣削加工系统三维稳定性理论研究与进展

切削颤振是高速加工过程中经常遇到的一种现象,而判断稳定切削常用的一种方法就是绘制稳定性图。主要针对国内外铣削加工颤振三维稳定性图和三维稳定性理论研究状况进行了综述,重点给出了Thevenot、U.Bravo和S.Herranz、Tony L.Schmitz和Altintas的稳定性理论。研究指出,为了保证材料的最大去除率,必须研究切削参数对于稳定性的影响,也就是需要研究主轴转速、轴向切深和径向切深对切削颤振影响的三维稳定性图。     

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。     

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。     

考虑模态耦合的球头铣刀颤振稳定域建模方法

球头铣刀广泛应用于曲面加工中,因此构造出针对球头铣刀的颤振稳定域叶瓣图意义重大。利用精细积分法对铣削系统二阶动力学方程进行时域数值求解,由切削刃与切触区域不同时刻的关系,确定出时域数值求解方程中所需要的刀刃瞬时切削部位,通过Floquet定理获得了高精度的颤振稳定域叶瓣图,并在三轴数控机床上进行了正确性试验验证。试验结果与预测结果相一致,表明所提供的方法能够为球头铣刀实现无颤振切削加工提供有力的技术支撑。     

铣刀磨损对铣削稳定性及表面位置误差的影响

为了分析刀具正常磨损后铣削颤振稳定域和表面位置误差,对刀具不同磨损状态下的切削力系数进行辨识,基于全离散法研究刀具正常磨损后铣削颤振稳定域和表面位置误差特性。发现当刀具正常磨损后,铣削系统的稳态临界切深呈现上升的趋势;随着工件表面洛氏硬度的提高,铣削系统稳态临界切深逐步下降,刀具正常磨损后临界切深与后刀面无磨损临界切深的差别逐步变小;在稳定域的局部会出现表面位置误差增加的情况。试验表明,该理论模型可以有效优化刀具正常磨损后的加工参数。     

不锈钢铣削稳定叶瓣图的构建及实验

为了提高压缩机叶轮的加工效率,研究了解析法构建铣削稳定性叶瓣图的方法,并利用该方法实现对FV520B材料加工的参数优化。通过该方法可以选取合适的加工转数和切削深度,避免颤振,使加工后的工件达到要求的精度及表面质量,并能够保护刀具和机床的安全、可靠度。通过实验数据分析获取构建叶瓣图的所需参数,构建稳定性叶瓣图,并在所构建的叶瓣图中选取不同测试点,对叶瓣图进行正确性验证。研究表明,该方法在实际叶轮加工制造中具有重要意义。     

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.     

再生颤振的稳定性模型研究

在刀具和工件之间产生的自激颤振不仅影响工件的表面粗糙度和加工精度,而且对刀具寿命有不利影响,甚至无法进行切削加工,这就直接影响生产效率的提高。本文对切削颤振的稳定性模型进行了研究,推导出了稳定切削极限条件下,主轴转速和轴向切深的关系表达式,并用Matlab进行了仿真计算。     

立铣加工钛合金颤振稳定域的研究

为了优化铣削加工中的切削参数来减小或避免再生颤振的发生,在切削加工再生颤振理论的研究基础上,以硬质合金立铣刀粗加工钛合金TA15为研究对象,建立了刀具的动力数学模型,对再生颤振稳定域在频域内进行求解;对再生颤振稳定域解析算法进行程序设计,通过提供由动态铣削实验获得的铣削力系数和由模态分析实验获得的模态参数等程序所需参数计算得到与主轴转速和轴向切深二者相关的颤振稳定域叶瓣图;最后通过对钛合金TA15进行立铣加工实验验证了颤振稳定域解析算法的准确性。     

螺旋铣孔工艺的切削稳定性及工艺参数规划

以螺旋铣孔工艺时域解析切削力建模、时域与频域切削过程动力学建模、切削颤振及切削稳定性建模为基础,研究了螺旋铣孔的切削参数工艺规划模型和方法。切削力模型同时考虑了刀具周向进给和轴向进给,沿刀具螺旋进给方向综合了侧刃和底刃的瞬时受力特性;动力学模型中同时包含了主轴自转和螺旋进给两种周期对系统动力学特性的影响,并分别建立了轴向切削稳定域和径向切削稳定域的预测模型,求解了相关工艺条件下的切削稳定域叶瓣图。在切削力和动力学模型基础之上,研究了包括轴向切削深度、径向切削深度、主轴转速、周向进给率、轴向进给率等切削工艺参数的多目标工艺参数规划方法。最后通过试验对所规划的工艺参数进行了验证,试验过程中未出现颤振现象,表面粗糙度、圆度、圆柱度可以达到镗孔工艺的加工精度。     

基于阻尼减振器的铣削过程稳定性研究

针对薄壁件铣削加工中出现的颤振现象采用外置式阻尼减振器。该减振器与刀杆过盈配合联接为一体,铣削过程中可以吸收刀杆受到的振动,通过安装阻尼减振器和未安装阻尼减振器两个铣削对比试验,以阻尼材料、阻尼减振器安装位置为变量,探究该阻尼减振器对铣削抑振和加工稳定性的影响程度及变化规律。试验结果表明,安装该阻尼减振器后系统铣削稳定性得到提高,切削深度平均提高2.5倍。     

基于铣削快速落刀法的切削颤振研究

为改善传统测量方法的局限性,更好地研究铣削过程中的振动规律,设计了一种铣削快速落刀实验方法。通过快速落刀实验,对获取的表面样本进行分析计算,得到铣削的颤振频率,并将其与利用动态扭矩计算得到的颤振频率进行对比,结果表明,快速落刀法完全可应用于高速铣削的颤振研究中。此外,应用铣削快速落刀法初步研究了切削参数对振动的影响。     

切削颤振的动力学模型研究

振动是金属切削加工过程巾经常遇到的一种现象,也是影响零件加工质量和限制生产率提高的主要因素之一。本文在切削颤振机理研究的基础上,对切削颤振的二维稳定性进行了研究,推导出了在稳定性极限条件下,轴向切深和主轴转速的关系,并用Matlab进行了计算仿真。     

数控铣削过程动力学仿真技术原理的研究

介绍了铣削过程动力学仿真几个关键技术的原理,并分别给出了详细的分析研究,所得结果较好地反映了铣削动力学的实际情况,为对应仿真系统的开发提供了必要的理论基础.     

小径向切深下进给量对铣削稳定性的影响

建立了小径向切深下高速铣削系统动力学模型。该模型考虑了再生效应、刀具-工件接触分离效应和进给量等因素的影响。针对建立的周期时滞微分方程,运用周期系统的线性化理论和半离散估计技术,将无限维特征值稳定性判定问题转化为有限维Floquet变换矩阵特征乘子稳定性判定问题,判定系统的稳定性,获得系统的稳定性极限图。研究结果显示,在小径向切深情况下,由于进给量的影响,铣削系统稳定性有显著的下降趋势,但不同进给量对系统稳定性的影响不大。     

铣削加工过程稳定性分析

考虑刀具和工件的动态特性,建立了二维铣削加工过程的动力学模型,在此基础上,推导了稳定性叶瓣图绘制的公式。通过仿真,分析了模态参数对稳定性叶瓣图形状的影响。结果表明：刚度和阻尼率影响叶瓣图的纵向形状,固有频率影响叶瓣图的横向形状,叶瓣图的主要形状由动刚度最小的模态决定。
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基于主动磁轴承的切削颤振稳定性分析及控制

提出了基于主动磁轴承的铣削颤振主动控制技术。用有限元法分析了主动磁轴承等效刚度与等效阻尼对铣削稳定性区域的影响,并对铣削过程中的颤振进行了主动控制。结果表明:主动磁轴承的等效刚度能够改变电主轴转子的临界转速,但对铣削的临界切削宽度影响很小;相反,主动磁轴承的等效阻尼能够较大幅度地增大铣削的临界切削宽度,但对电主轴转子的临界转速影响不大。颤振的控制效果表明,调节主动磁轴承的等效刚度和等效阻尼能够减小铣削过程中颤振的振幅。     

薄壁零件铣削稳定性的动力学模型

在切削稳定性预测原理的基础上,建立了薄壁零件铣削稳定性的动力学模型,推导出了在稳定性极限条件下,轴向切深和主轴转速的关系,并用Matlab进行了计算仿真,得到了不同的阻尼系数、固有频率条件下的颤振稳定性图。     

机械系统中摩擦颤振机理的非线性分析

对一类摩擦颤振中具有代表性的双质体—传输带干摩擦系统的平衡点进行了稳定性分析,利用平均法求得系统纯滑动状态下的近似解析解,并结合数值方法揭示系统的非线性动力学现象,讨论了摩擦颤振的产生机理。通过分析可知,在传输带速度减小的过程中,系统的静平衡状态失稳,出现纯滑动和黏滞-滑动形式的摩擦颤振现象。     

高速切削加工稳定性研究综述

高速切削加工的稳定性是影响加工效率和质量的重要因素,从20世纪初就引起了各国研究者的广泛关注。本文综合介绍了国内外研究者在切削加工稳定性领域的研究成果,在综述切削颤振产生机理和切削稳定性模型建立的基础上,重点论述了切削颤振的检测和控制方法,同时指出了高速切削稳定性研究的发展方向。