弱刚性纯铁构件车削加工颤振稳定性研究

发布时间：2020-10-14 22:33

　　 纯铁材料具有优良的电磁性能,因而被广泛应用于加工电子工业、国防工业以及航天航空工业等领域中的关键零部件。数控车削加工是回转体类纯铁材料构件加工制造的主要方法,然而对于刚性较弱的纯铁材料构件,在数控车削加工过程中往往会因加工参数选取不当而导致颤振现象的发生,颤振现象大大制约了弱刚性纯铁材料构件车削加工过程加工质量和生产效率的提高。因此实现对弱刚性纯铁材料构件车削加工过程中颤振稳定性的准确预报对于实现加工工艺参数优选和生产制造能力提高具有重要的意义。本文针对弱刚性纯铁材料构件车削加工过程,基于再生效应,开展了车削加工颤振稳定性预报等方面的研究,主要的研究工作有:(1)基于金属切削宏观力学,建立了同时考虑车削加工过程中剪切效应和刃口效应的车削力模型,且在建模过程中通过离散处理未变形切屑面积的方法,引入了刀尖圆角半径的影响。针对预报模型中待标定的九个车削力系数,提出了一种基于鲍威尔优化方法的系数标定新方法。此外,还进行了针对纯铁材料构件的系列实际切削实验,验证了车削力模型的准确性。(2)根据实际车削加工过程,建立了综合考虑刀具和工件动力学特性的车削加工动力学模型。同时,基于再生效应构造了该动力学模型的二阶时滞微分方程表示形式,并利用实验模态分析方法辨识了刀具和工件的模态参数。(3)通过变换得到了所建车削加工动力学模型的状态空间表示形式,扩展了最新提出的二阶半离散法,构造了单周期内系统的状态转移矩阵,并基于弗洛凯理论实现了对车削加工过程中颤振稳定性的预报,此外,还运用数值仿真的方法探究了加工工艺系统的模态参数对颤振稳定性的影响规律。(4)根据数值仿真得到的稳定性叶瓣图,开展了不同加工参数下的验证实验。实验表明,稳定性的预报结果与实测结果基本吻合,所提方法能够实现对弱刚性纯铁材料构件车削加工过程中颤振稳定性的准确预报。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG519.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 车削加工过程中的振动类型
        1.2.2 车削加工动力学模型
        1.2.3 加工过程颤振稳定性预报方法
    1.3 论文主要研究内容及结构
2 考虑尺寸效应和刀尖圆角的车削力模型
    2.1 车削力模型的建立
    2.2 车削力系数的标定
        2.2.1 鲍威尔优化方法
        2.2.2 标定过程
    2.3 验证实验
        2.3.1 车削力系数标定实验
        2.3.2 预报模型准确性验证实验
    2.4 本章小结
3 考虑刀具和工件动力学特性的车削加工动力学模型
    3.1 车削加工动力学模型的建立
    3.2 加工工艺系统模态参数的辨识
        3.2.1 实验模态分析方法
        3.2.2 辨识过程
    3.3 本章小结
4 车削加工过程颤振稳定性预报
    4.1 基于精细时程积分方法的二阶半离散法
        4.1.1 状态空间变换
        4.1.2 计算步骤
    4.2 加工工艺系统模态参数对颤振稳定性的影响
        4.2.1 固有频率对颤振稳定性的影响
        4.2.2 阻尼比对颤振稳定性的影响
        4.2.3 模态刚度对颤振稳定性的影响
    4.3 本章小结
5 车削加工过程颤振稳定性验证实验
    5.1 实验平台与实验参数
    5.2 验证实验结果分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】

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本文编号：2841283