變齒距-變螺旋銑刀切削穩(wěn)定性理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、銑削加工作為一種先進(jìn)的加工技術(shù),廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、模具及汽車(chē)等領(lǐng)域。該領(lǐng)域要求從金屬結(jié)構(gòu)中切除大量金屬材料且保證加工過(guò)程的高效性和精確性。銑削顫振是發(fā)生在加工過(guò)程中的一種自激振動(dòng)現(xiàn)象,該現(xiàn)象加劇刀具磨損,減小加工中心的使用壽命,降低工件表面加工精度,嚴(yán)重制約加工中心的使用效率。作為一種較好的顫振穩(wěn)定性被動(dòng)控制方法,變齒距或變螺旋銑刀切削穩(wěn)定性性研究以?xún)?yōu)化加工參數(shù)和刀具結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程無(wú)顫振材料最大去除率為目標(biāo),因此,開(kāi)展該問(wèn)題

2、系統(tǒng)、深入的研究對(duì)提高實(shí)際加工生產(chǎn)率,對(duì)于增強(qiáng)我國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力具有重大的實(shí)用價(jià)值。
　　銑削動(dòng)態(tài)切削厚度的再生效應(yīng)是誘發(fā)顫振的主因。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)銑削過(guò)程穩(wěn)定性分析的工作主要集中于此主題。鑒于此,本文將借助于理論分析和試驗(yàn)研究,基于再生顫振理論開(kāi)展變齒距或變螺旋銑刀切削穩(wěn)定性研究,旨在發(fā)展和完善該領(lǐng)域切削理論,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性快速預(yù)測(cè),主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)考慮到刀齒瞬態(tài)切削力與刀具螺旋引發(fā)的切削域之間的關(guān)系,提出了考

3、慮刀齒螺旋特性的積分切削力簡(jiǎn)化模型。基于該模型和改進(jìn)的半離散法提出了適用于變齒距銑刀切削穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)模型。理論模型的正確性通過(guò)與前人工作的對(duì)比和銑削實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。此外,基于上述預(yù)測(cè)模型,深入研究了齒距類(lèi)型、齒數(shù)和刀具螺旋角等因素對(duì)銑削穩(wěn)定性的影響。
　　(2)基于銑削系統(tǒng)狀態(tài)項(xiàng)的離散與插值,提出了變齒距銑刀切削穩(wěn)定性高效預(yù)測(cè)算法。該方法的核心思想是在離散的旋轉(zhuǎn)周期時(shí)間域上,對(duì)方程中的時(shí)滯狀態(tài)項(xiàng)進(jìn)行拉格朗日插值,對(duì)位移狀態(tài)項(xiàng)進(jìn)行埃

4、爾米特插值,獲得方程的離散映射形式進(jìn)而確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性域。該算法的優(yōu)勢(shì)是:1)在保證數(shù)值精度的前提下,較之于現(xiàn)有通用算法的半離散法,該算法對(duì)于變齒距銑刀切削系統(tǒng)穩(wěn)定性預(yù)報(bào)的計(jì)算效率可以提高約78％;2)該方法也適用于其他含有多時(shí)滯項(xiàng)的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性求解。
　　(3)提出了適用于變螺旋銑刀切削穩(wěn)定性的半解析預(yù)測(cè)模型。該模型主要由系統(tǒng)變時(shí)滯向多時(shí)滯轉(zhuǎn)化方法和為適應(yīng)時(shí)滯隨離散點(diǎn)時(shí)變而提出的半離散求解算法兩部分組成。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,

5、較前人的算法,該算法具有更好的計(jì)算精度和收斂速度。模型的有效性通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。同時(shí),基于該預(yù)測(cè)模型,考察了銑刀端部齒距線(xiàn)性變化和交替變化、變螺旋角和齒數(shù)等因素組合效應(yīng)對(duì)銑削穩(wěn)定性的影響。此外,以該預(yù)測(cè)模型為基礎(chǔ),將切削力方向系數(shù)平均思想融入其中,提出了高效變螺旋銑刀切削穩(wěn)定性預(yù)測(cè)模型,該模型較原有模型計(jì)算效率進(jìn)一步提高,但由于該模型未考慮切削力方向系數(shù)的時(shí)變特性,因此在穩(wěn)定性預(yù)測(cè)過(guò)程中會(huì)造成一些誤差。
　　(4)基于Altin