金屬切削過(guò)程動(dòng)力學(xué)建模及動(dòng)態(tài)性能分析.pdf

1、切削顫振和機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能是金屬切削加工過(guò)程中影響工件表面質(zhì)量的主要因素之一，尤其在加工細(xì)長(zhǎng)軸工件時(shí)，由于長(zhǎng)徑比大、支撐剛性弱等原因，切削振動(dòng)往往更加劇烈。因此建立準(zhǔn)確的工件切削過(guò)程模型進(jìn)而研究影響振動(dòng)幅值大小的因素、對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者研究的重點(diǎn)問(wèn)題之一。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者所建立的切削動(dòng)力學(xué)模型不能完全反映工件所受切削力的實(shí)際情況，且建立的模型只適合于長(zhǎng)徑比較小工件的加工情況；由于未考慮結(jié)合部參數(shù)而對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的仿真

2、分析結(jié)果不準(zhǔn)確。針對(duì)上述問(wèn)題，本文分別基于橫向和縱向振動(dòng)理論建立細(xì)長(zhǎng)軸車削過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)仿真研究了切削用量和工件長(zhǎng)徑比的變化對(duì)細(xì)長(zhǎng)橫向和縱向振動(dòng)的影響,并通過(guò)車削實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論模型的正確性；考慮固定、滾動(dòng)結(jié)合部的剛度參數(shù)建立了數(shù)控銑床的有限元模型，對(duì)整機(jī)及其典型部件進(jìn)行了模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和實(shí)驗(yàn)研究。論文主要研究工作和研究成果如下：
　　(1)建立了細(xì)長(zhǎng)軸車削過(guò)程的橫向動(dòng)力學(xué)模型?；跈M向振動(dòng)理論建立了細(xì)長(zhǎng)軸車削過(guò)程的振動(dòng)

3、模型，并從力學(xué)及數(shù)值分析角度求解了切削力引起的工件振動(dòng)響應(yīng)。在Matlab軟件中通過(guò)仿真研究了切削用量和工件長(zhǎng)徑比的變化對(duì)工件振動(dòng)響應(yīng)的影響。設(shè)計(jì)了以背吃刀量、進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速及工件長(zhǎng)徑比為變量的四因素三水平正交車削實(shí)驗(yàn)，分析四個(gè)因素對(duì)工件切削力的影響。揭示了細(xì)長(zhǎng)軸車削過(guò)程的橫向動(dòng)態(tài)特性。
　　(2)建立了細(xì)長(zhǎng)軸車削過(guò)程的縱向動(dòng)力學(xué)模型?；诳v向振動(dòng)理論建立了細(xì)長(zhǎng)軸車削過(guò)程的縱向動(dòng)力學(xué)方程，通過(guò)理論推導(dǎo)及數(shù)值求解得了到細(xì)長(zhǎng)軸工件在

4、軸向力下的縱向振動(dòng)響應(yīng)公式。在ANSYS中通過(guò)理論模態(tài)分析研究了切削點(diǎn)位置和工件質(zhì)量的變化對(duì)切削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。
　　(3)考慮關(guān)鍵結(jié)合部的剛度參數(shù)建立了數(shù)控系統(tǒng)的有限元模型并對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)態(tài)性能分析。以一臺(tái)FA-32M三軸立式數(shù)控銑床為研究對(duì)象，論述了其進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)合部的簡(jiǎn)化建模方法，基于吉村允效法計(jì)算了立柱與床身固定結(jié)合部的剛度參數(shù)、基于Hertz接觸理論計(jì)算了進(jìn)給系統(tǒng)滾動(dòng)結(jié)合部的剛度參數(shù)，建立了整機(jī)的有限元模型；對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行