铣削加工过程的颤振识别及有限元仿真研究

发布时间：2019-11-21 11:53

【摘要】：在现代制造生产领域,异形零件因特殊的用途而得到越来越广泛地运用。目前,铣削加工依然是异形零件半精加工的重要加工方法。但是,在实际铣削加工过程中,由于加工系统颤振和不当的铣削参数,会极大影响铣削加工效率地提高。因此,本文以某公司加工的一种45钢异形铸件为研究对象,从颤振识别和有限元仿真两方面对其铣削加工过程进行研究,以期为生产实践提供一定的指导。首先,基于模态分析理论辨识铣削加工系统动态特性,并利用ABAQUS软件建立与分析加工系统模型。研究结果表明：频响函数的拟合曲线与实测曲线的相干函数值为0.9909,误差为0.92%,符合检测标准,证明它是可信的；系统前六阶固有频率分别为452.21Hz.612.12Hz.1085.1Hz.1885.8Hz.2473.7Hz和2820.OHz；为了避免加工时系统发生共振,主轴转速应不接近于9044.2r/min;仿真所得固有频率和动态响应的最值与实测值相比,最大的相对误差分别为13.48%和13.96%,均在允许范围内,验证了有限元模型的正确性。其次,基于正交试验对45钢异形铸件进行铣削试验,分析了铣削参数对铣削力和表面粗糙度的影响规律。研究结果表明：三向铣削力随着主轴转速的增加而缓慢减小；三向力随每齿进给量的增大而增大,其中铣削力Fz具有较为缓慢的增加趋势；轴向切削深度的增加使铣削力Fx和Fy增大,而使铣削力Fz先增大后减小；铣削力Fy与径向切削深度正相关,而铣削力Fx和Fz既有与径向切削深度正相关的部分又有与它负相关的部分；表面粗糙度随着主轴转速的增大而减小,随着每齿进给量和轴向切削深度的增大而增大；除了切出阶段,它与径向切削深度正相关。再次,运用时域、频域和小波分析提取了铣削力信号特征量,从而对颤振进行识别。研究结果表明：刀具的破损导致铣削力信号出现异常；颤振发生于频率为1090.9 Hz处,它增加了高频振动能量,加剧了刀具的磨损；实际加工所选择的主轴转速值2430r/min是不合理的；轴向切削深度的增加并不会导致颤振的加剧；将铣削力信号经小波分解得到的细节信号d3作为铣削颤振的监测信号。最后,利用DEFORM-3D软件对铣削加工过程进行有限元仿真研究。研究结果表明：仿真所得到的切屑形状与实际所得的相似,且模拟所得铣削力与实测值的相对误差均在20%以内,证明了所建立的有限元模型是正确的。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG54

【参考文献】