銑削顫振穩(wěn)定性時域分析理論研究.pdf

1、銑削作為一種主要的加工制造方式，被廣泛地應用于金屬制造業(yè)中。顫振是機床切削過程中出現(xiàn)的一種最主要的動態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重影響工件加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的提高，還會造成刀具的磨損和破壞，降低機床和刀具的使用壽命。銑削加工過程中的振動控制是當前機械設計及制造領域的前沿課題之一，具有重要的應用價值。
　　本文以銑削加工過程為研究對象，對加工過程進行動力學分析和穩(wěn)定性極限預測，主要工作如下：
　　(1)考慮銑削加工過程中的再生效應，建立了兩

2、自由度銑削動力學模型，并提出銑削顫振穩(wěn)定性的時域分析方法。將一個刀齒周期分成若干個小區(qū)間，在每個小區(qū)間內(nèi)構(gòu)造三次插值多項式，將系統(tǒng)的振動響應表示成離散時間點的運動狀態(tài)的線性組合，采用加權(quán)殘值法構(gòu)建系統(tǒng)的Floquet狀態(tài)傳遞矩陣，并提出相應的穩(wěn)定性判據(jù)。
　　(2)基于動態(tài)銑削模型和穩(wěn)定性時域分析理論，預測兩自由度銑削加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性極限，并通過時域仿真和分叉分析進行驗證。接著，又研究了多齒同時參與切削的銑削過程穩(wěn)定性，并分析了徑

3、向浸入量和銑刀齒數(shù)對穩(wěn)定性極限的影響:隨著徑向浸入量和銑刀齒數(shù)的增加，會逐漸出現(xiàn)多齒同時切削，銑削過程的連續(xù)性增強，但穩(wěn)定性極限會逐漸減低，穩(wěn)定切削參數(shù)域變小并逐漸向低轉(zhuǎn)速區(qū)移動。
　　(3)進一步考慮了螺旋角的影響，建立了基于螺旋角的動態(tài)銑削模型，并對螺旋銑削過程進行了穩(wěn)定性極限預測和分析，研究發(fā)現(xiàn)在低徑向浸入量情況下，由于螺旋角的存在，穩(wěn)定性葉瓣圖有明顯的Flip分叉現(xiàn)象，并且出現(xiàn)封閉曲線成為不穩(wěn)定孤島。隨著徑向浸入量、齒數(shù)和

4、螺旋角的增大，封閉的不穩(wěn)定孤島和Flip分叉現(xiàn)象逐漸消失。
　　(4)對基于穩(wěn)定性時域分析理論的算法精度的影響因素進行了分析，證實選擇不同的權(quán)函數(shù)對計算結(jié)果沒有影響，而提高插值次數(shù)對計算精度影響很小，但會增大計算量。增加劃分時間元的數(shù)目，有助于提高計算精度，但同時也會加大計算量。
　　本文在銑削加工過程的動力學分析和穩(wěn)定性極限預測方面的工作，對加工過程工藝參數(shù)優(yōu)化、實現(xiàn)高效率的加工及提升銑削工藝水平具有非常重要的實際生產(chǎn)意義