圆弧刃铣刀铣削淬硬钢过程阻尼建模及稳定域确定
发布时间：2017-10-18 06:41
本文关键词：圆弧刃铣刀铣削淬硬钢过程阻尼建模及稳定域确定
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【摘要】：淬硬钢材料Cr12MoV是制造汽车覆盖件模具的常见材料之一。汽车模具在汽车零部件的制造、批量化生产中起着十分重要的作用。随着制造业技术含量不断的发展,汽车模具向着大型化、精密化和数字化发展。汽车覆盖件模具同其他类型模具相比具有结构尺寸较大、深度均匀变化率大、表面质量精度要求高、制造工艺性复杂等特点。因此,在加工汽车覆盖件模具的过程中,汽车模具不允许出现连接处吻合不流畅、刚性差、余量不均匀等现象。然而在加工过程中,切削颤振现象会影响加工零件的尺寸精度和表面质量,对汽车覆盖件模具成品品质造成影响。依托国家自然科学基金重点项目“轿车覆盖件用大型淬硬钢模具高品质加工技术基础及应用”(项目编号:51235003),针对加工淬硬钢材料Cr12MoV时,机床-刀具工艺系统发生的颤振问题,以铣削动力学模型和过程阻尼数学模型为基础,分析不同条件下铣削过程中刀具的稳定特性,揭示过程阻尼产生机理,获得铣刀稳定域。首先,分析了金属切削中的再生型颤振现象,为建立铣刀动力学模型提供依据;基于上述理论基础,建立单自由度和二自由度刀具稳定性模型,揭示刀具振动特性;获得动态铣削系统的反馈传递函数,将铣削力动态方程求解转化为系统特征值求解问题,得到极限切深和转速的关系。其次,根据过程阻尼的形成机理,探究影响铣削中过程阻尼大小的因素,得到工件材料、刀片刃口半径和刀片后角是影响过程阻尼的三个主要参数;利用能量法求解压入力系数,压入力系数只与材料有关,当某种材料的压入力系数已知时,可以预测不同刀具几何形状和切削条件下的过程阻尼系数和极限切深;同时给出圆刀片铣削时的后刀面压入体积的计算模型;求解压入体积,从而带入公式求解压入力系数。最后,分析铣削过程中刀具的动态特性,建立圆弧刃铣刀仿真模型,获得铣刀模态参数,并通过解算得到铣刀稳定域;进行铣削淬硬钢Cr12MoV实验,记录实验中的稳定极限,同时观察刀具动态变化特性,获得铣刀铣削稳定域,与仿真结果规律相吻合。
【关键词】：过程阻尼 压入力系数 圆弧刃铣削 铣削稳定域
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG54
【目录】：
- 摘要5-6
- Abstract6-10
- 第1章 绪论10-16
- 1.1 课题研究的背景及意义10-12
- 1.2 颤振产生的机制与颤振模型的研究现状12-13
- 1.3 铣削工艺系统研究现状13-14
- 1.4 过程阻尼模型研究现状14-15
- 1.5 本文的主要内容15-16
- 第2章 铣削动态模型建立16-28
- 2.1 金属切削过程中的再生型颤振效应16-19
- 2.1.1 再生效应的原理16-17
- 2.1.2 再生效应中的传递函数形式17-19
- 2.2 圆弧刃铣刀铣削力建模19-21
- 2.3 动态铣削模型的确定21-24
- 2.3.1 单自由度动态铣削模型21-23
- 2.3.2 二自由度动态铣削模型23-24
- 2.4 动态切削稳定域的确定24-27
- 2.4.1 单自由度稳定域建模24-25
- 2.4.2 二自由度稳定域建模25-27
- 2.5 本章小结27-28
- 第3章 考虑过程阻尼的铣削系统建模28-37
- 3.1 过程阻尼的计算28-30
- 3.2 计算压入力系数30-32
- 3.2.1 过程阻尼做功30-32
- 3.2.2 振动做功32
- 3.3 计算刀片后面的压入体积32-36
- 3.3.1 压入体积数学模型建立32-34
- 3.3.2 压入体积仿真模型34-36
- 3.4 本章小结36-37
- 第4章 铣刀稳定域识别37-52
- 4.1 铣刀三维模型及有限元模型37-44
- 4.1.1 铣刀三维模型37-39
- 4.1.2 铣刀有限元仿真模型39-40
- 4.1.3 圆弧刃铣刀模态分析40-44
- 4.2 铣刀瞬时动态分析及模态参数识别44-48
- 4.2.1 铣刀瞬时动态分析44-46
- 4.2.2 铣刀模态参数识别46-48
- 4.3 MATLAB估算铣刀稳定域48-51
- 4.4 本章小结51-52
- 第5章 铣削淬硬钢Cr12MoV实验52-63
- 5.1 实验设计52-57
- 5.1.1 实验设备52-53
- 5.1.2 模态参数和切削力参数的确定53-55
- 5.1.3 铣削稳定性的判定55-57
- 5.2 实验结果分析57-60
- 5.2.1 不同参数对极限切深的影响57-58
- 5.2.2 不同参数对过程阻尼的影响58-59
- 5.2.3 不同参数对压入力系数的影响59-60
- 5.3 仿真结果分析60-61
- 5.4 本章小结61-63
- 结论63-65
- 参考文献65-68
- 攻读硕士学位期间发表的学术论文68-69
- 致谢69
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
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本文编号：1053507
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