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文檔簡介
1、高速加工工具系統(tǒng)是高檔數(shù)控機床的重要功能部件之一,其性能直接影響機床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。HSK熱裝刀柄及工具系統(tǒng)是高速加工工具系統(tǒng)的主要形式之一,由于其具有傳動鏈短、剛度高、連接性能可靠等特點,在高速切削加工中得到了廣泛應(yīng)用。因此,開展高速HSK熱裝工具系統(tǒng)的結(jié)合部動態(tài)特性及切削穩(wěn)定性研究,對提高高檔數(shù)控機床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要的理論意義和實用價值。
本論文采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗方法,致力于研究HSK熱裝工具系
2、統(tǒng)的結(jié)合部參數(shù)辨識理論和切削穩(wěn)定性。其目的在于構(gòu)建基于結(jié)合部的HSK主軸-熱裝刀柄-刀具系統(tǒng)的動力學(xué)模型,揭示HSK熱裝工具系統(tǒng)動態(tài)特性規(guī)律;準(zhǔn)確辨識HSK主軸-刀柄和熱裝刀刀柄-刀具結(jié)合部參數(shù),采用耦合響應(yīng)理論,預(yù)測HSK熱裝工具系統(tǒng)刀尖點頻響函數(shù),探究各結(jié)合部對HSK熱裝工具系統(tǒng)動態(tài)特性的影響規(guī)律;建立HSK熱裝工具系統(tǒng)的銑削動力學(xué)模型,基于顫振解析理論,計算HSK熱裝工具系統(tǒng)刀尖穩(wěn)定性葉瓣圖,并進(jìn)行HSK熱裝工具系統(tǒng)的銑削力實驗,
3、探究HSK熱裝工具系統(tǒng)切削穩(wěn)定性規(guī)律。主要研究工作有:
1、建立HSK主軸-熱裝刀柄-刀具系統(tǒng)的動力學(xué)模型
根據(jù)HSK熱裝工具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),構(gòu)建基于結(jié)合部的HSK主軸-熱裝刀柄-刀具系統(tǒng)的動力學(xué)模型。其中,軸承-主軸結(jié)合部簡化為彈簧-阻尼模型,HSK主軸-刀柄結(jié)合部和熱裝刀柄-刀具結(jié)合部簡化為并聯(lián)均布的彈簧-阻尼模型;HSK主軸、熱裝刀柄和刀具都假定為分段Timoshenko梁模型。
2、提出計算HSK主軸-
4、熱裝刀柄-刀具系統(tǒng)刀尖點頻響函數(shù)的新方法
提出基于Timoshenko梁理論的多點耦合響應(yīng)法,來分析HSK主軸-熱裝刀柄-刀具系統(tǒng)刀尖點的頻響函數(shù)。先使用結(jié)構(gòu)修正法與耦合響應(yīng)法,計算基于軸承-主軸結(jié)合部的HSK主軸頻響矩陣;再采用耦合響應(yīng)法計算熱裝刀柄和刀具端點頻響函數(shù);并使用多點耦合響應(yīng)法計算HSK主軸-刀柄結(jié)合部和熱裝刀柄-刀具結(jié)合部端點頻響函數(shù);最終,將各部件端點頻響函數(shù)進(jìn)行剛性耦合,進(jìn)而推導(dǎo)出基于結(jié)合部的HSK熱裝工具
5、系統(tǒng)刀尖點頻響函數(shù)方程。
3、提出HSK主軸-刀柄結(jié)合部與熱裝刀柄-刀具結(jié)合部參數(shù)辨識的新方法
綜合國內(nèi)外學(xué)者所采用辨識方法的優(yōu)缺點,首次提出將有限元法辨識的結(jié)合部內(nèi)各位置剛度參數(shù)和有限差分法辨識的結(jié)合部端點阻尼參數(shù),分別作為結(jié)合部的剛度參數(shù)和阻尼參數(shù)。先使用有限元法辨識結(jié)合部內(nèi)各位置的剛度參數(shù)和阻尼參數(shù)(c*ω),并探討不同因素對各結(jié)合部剛度參數(shù)和阻尼參數(shù)的影響;再采用有限差分和實驗測量相結(jié)合的方法辨識結(jié)合部端點處
6、的剛度和阻尼參數(shù)。最后,將所辨識參數(shù)分別代入HSK主軸-刀柄系統(tǒng)和熱裝刀柄-刀具系統(tǒng)梁單元模型中,分析基于結(jié)合部的系統(tǒng)動態(tài)特性;并與實驗測量值比較,驗證參數(shù)辨識方法的可行性。
4、系統(tǒng)揭示出基于結(jié)合部的HSK熱裝工具系統(tǒng)動態(tài)特性及其變化規(guī)律
根據(jù)結(jié)合部剛度的并聯(lián)特性,將結(jié)合部內(nèi)各位置的剛度等效到結(jié)合部的端點處,便可將各結(jié)合部簡化為端點處的彈簧-阻尼模型?;诮Y(jié)合部的HSK主軸-熱裝刀柄-刀具系統(tǒng)動力學(xué)模型,采用耦合響
7、應(yīng)法分析HSK熱裝工具系統(tǒng)的動態(tài)特性;改變結(jié)合部的剛度參數(shù),比較不同剛度參數(shù)下HSK熱裝工具系統(tǒng)模態(tài)值變化的大小,探究各結(jié)合部對HSK熱裝工具系統(tǒng)動態(tài)特性的影響規(guī)律。
5、建立HSK熱裝工具系統(tǒng)的銑削動力學(xué)模型
假定工件剛性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱裝工具系統(tǒng)剛性,忽略工件的振動,由此使用相互垂直的兩個自由度系統(tǒng)來構(gòu)建HSK熱裝工具系統(tǒng)動力學(xué)模型;基于顫振解析法,推導(dǎo)HSK熱裝工具系統(tǒng)穩(wěn)定性葉瓣圖方程,再結(jié)合HSK熱裝工具系統(tǒng)刀尖點
8、頻響函數(shù)、工件材料、切削參數(shù)和刀具切削角度,計算HSK熱裝工具系統(tǒng)的穩(wěn)定性葉瓣圖。
6、HSK熱裝工具系統(tǒng)切削穩(wěn)定性實驗研究
進(jìn)行HSK熱裝工具系統(tǒng)銑削力實驗,以切削力時域信號為判斷標(biāo)準(zhǔn),保證主軸轉(zhuǎn)速和徑向切削深度不變,隨著軸向切削深度的增加,HSK熱裝工具系統(tǒng)銑削過程從穩(wěn)定性狀態(tài)過渡到不完全穩(wěn)定性狀態(tài),再變化到完全不穩(wěn)定狀態(tài),以此驗證理論穩(wěn)定性葉瓣圖的準(zhǔn)確性。
因此,準(zhǔn)確辨識結(jié)合部的動態(tài)參數(shù),分析與研究高
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