微细铣削振动响应及表面形貌预测研究
发布时间：2021-02-26 08:31
随着装备小型化和集成化的发展,微型零件在航空航天、国防工业、生物医学、电子信息等领域的应用越来越广泛,微细铣削以其独特的优势成为加工微型零件的主要方式。微细铣削加工过程中,由于微铣刀和工件尺寸较小且刚性较差,微细铣削加工过程中会出现剧烈的尺寸依赖振动,严重缩短刀具寿命、降低加工效率和加工质量。本文基于应变梯度弹性理论,探索尺寸效应对微铣刀及工件振动响应的影响机制,研究微细铣削的表面形貌形成机理,为实现微细铣削振动抑制和加工参数优化,进而实现微细铣削高效精密加工提供理论依据。首先,提出一种考虑结构尺寸效应的微铣刀动力学建模及求解方法,揭示结构尺寸效应对微铣刀振动响应的影响机制。将微铣刀简化为Timoshenko梁模型,基于应变梯度弹性理论和Hamilton原理,建立考虑结构尺寸效应的微铣刀动力学模型,并通过有限元数值解法对此动力学模型进行求解。该模型中包含三个材料特征尺寸参数,用于表征微铣刀的结构尺寸效应。研究发现微铣刀的尺寸效应使得微铣刀的刚度增加,固有频率增加,静变形和动态响应减小。然后,建立微厚度薄板微细铣削动力学模型,预测微厚度薄板微细铣削过程中的振动响应和稳定性。将微厚度薄板简...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１微型零件的应用??
少量样本中确定表面粗糙度与加工参数的相关性，但预测精度较低。切削刃轨迹??法［６６］利用实际切削刃轨迹模拟表面粗糙度，是一种直接有效的方法，可以考虑多??种影响表面粗糙度的因素，如图１－２所示。因此，切削刃轨迹法已被许多学者用??来研究表面粗糙度。Ｌｉ等人［６力提出了一种基于轨迹的表面粗糙度模型，其中考??虑了刀具磨损、最小切削厚度和微刀具几何结构。Ｙｕａｎ等人［６８］提出了一种考虑??跳动、最小切削厚度、刀尖轨迹和刀具几何的综合影响的表面粗糙度模型。???第一个切削刃运动轨迹???第二个切削刃运动轨迹??图１－２基于切削刃运动轨迹法的表面形貌形成图??与传统宏观铣削不同，尺度的缩小使得微细铣削的加工机理发生了变化。首??先，由于切削刃刃口圆弧半径与未变形切削厚度在同一或相邻数量级，切削刃不??能被看作是绝对锋利的，只有当未变形切削厚度大于最小切削厚度时，微细铣削??加工过程中才会有切屑产生。另外，与传统宏观铣削相比，微细铣削加工过程中??的表面粗糙度受到多种因素的影响，如：机床的振动、微铣刀及工件的振动、微??铣刀的跳动等。Ｋｉｈａ和ＤａｖｉｄｆＭ通过实验研究了切屑载荷、切削速度和切削深度??对表面粗糙度的影响，并研究了微铣刀跳动对表面粗糙度的影响。Ｃｈｅｎ等人??提出了一种表面生成模型
建立考虑尺寸效应的微铣刀控制方程，并采用有限元数值解法对方程求解。??２．１．１考虑结构尺寸效应的微铣刀控制方程??一般来说，微型铣刀的结构可以分为刀杆、刀颈和刀头三个部分。如图２－１??所示，微铣刀的几何参数包括总长厶刀杆直径刀颈锥角７，刀头直径４，??刀头长度／ｔ。由于微铣刀刀头部分存在排屑槽，很难直接建立刀头部分的动力学??模型，本文基于等效刚度法，将刀头部分简化为等直径均匀结构梁，直径为刀头??直径的６８％［７２］。??刀头部分？＊??刀杆?刀颈?，??实体模型头??个Ｚ??几何模型ｘ?????ｊ?＾?ｊ＾Ｓ???Ｍ?Ｌ?＾??图２－１微铣刀模型??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]微型压电层合板结构的振动特性研究[J]. 张霄峙,陈丽华,张伟. 动力学与控制学报. 2016(05)
[2]高速微铣削铝合金铣削力与表面粗糙度研究[J]. 张欣欣,于化东,许金凯,杨舒. 组合机床与自动化加工技术. 2015(07)
[3]考虑刀具偏摆的微铣削力理论模型分析与研究[J]. 苏玉龙,董志国,轧刚,刘建成. 组合机床与自动化加工技术. 2015(03)
[4]基于Timoshenko梁理论的微细立铣刀动力学建模[J]. 方泽平,王西彬,刘志兵,陈明,徐宗伟. 振动与冲击. 2014(23)
[5]基于MATLAB薄板振动响应分析[J]. 张媛媛,沈火明. 四川大学学报(工程科学版). 2012(S2)
[6]变截面铁木辛柯梁振动特性快速计算方法[J]. 崔灿,李映辉. 动力学与控制学报. 2012(03)
[7]变截面梁横向振动特性半解析法[J]. 崔灿,蒋晗,李映辉. 振动与冲击. 2012(14)
[8]基于有限元法的微径铣刀变形分析[J]. 张涛,刘战强,许崇海. 组合机床与自动化加工技术. 2012(05)
[9]基于Cosserat理论的四边简支自由振动微平板尺度效应研究[J]. 王晓明,王飞,赵学增,景大雷. 固体力学学报. 2012(01)
博士论文
[1]微结构尺寸效应研究及其应用[D]. 王炳雷.山东大学 2011
硕士论文
[1]薄壁件铣削动态响应与振动抑制研究[D]. 石佳昊.山东大学 2017
本文编号：3052330
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１微型零件的应用??
少量样本中确定表面粗糙度与加工参数的相关性，但预测精度较低。切削刃轨迹??法［６６］利用实际切削刃轨迹模拟表面粗糙度，是一种直接有效的方法，可以考虑多??种影响表面粗糙度的因素，如图１－２所示。因此，切削刃轨迹法已被许多学者用??来研究表面粗糙度。Ｌｉ等人［６力提出了一种基于轨迹的表面粗糙度模型，其中考??虑了刀具磨损、最小切削厚度和微刀具几何结构。Ｙｕａｎ等人［６８］提出了一种考虑??跳动、最小切削厚度、刀尖轨迹和刀具几何的综合影响的表面粗糙度模型。???第一个切削刃运动轨迹???第二个切削刃运动轨迹??图１－２基于切削刃运动轨迹法的表面形貌形成图??与传统宏观铣削不同，尺度的缩小使得微细铣削的加工机理发生了变化。首??先，由于切削刃刃口圆弧半径与未变形切削厚度在同一或相邻数量级，切削刃不??能被看作是绝对锋利的，只有当未变形切削厚度大于最小切削厚度时，微细铣削??加工过程中才会有切屑产生。另外，与传统宏观铣削相比，微细铣削加工过程中??的表面粗糙度受到多种因素的影响，如：机床的振动、微铣刀及工件的振动、微??铣刀的跳动等。Ｋｉｈａ和ＤａｖｉｄｆＭ通过实验研究了切屑载荷、切削速度和切削深度??对表面粗糙度的影响，并研究了微铣刀跳动对表面粗糙度的影响。Ｃｈｅｎ等人??提出了一种表面生成模型
建立考虑尺寸效应的微铣刀控制方程，并采用有限元数值解法对方程求解。??２．１．１考虑结构尺寸效应的微铣刀控制方程??一般来说，微型铣刀的结构可以分为刀杆、刀颈和刀头三个部分。如图２－１??所示，微铣刀的几何参数包括总长厶刀杆直径刀颈锥角７，刀头直径４，??刀头长度／ｔ。由于微铣刀刀头部分存在排屑槽，很难直接建立刀头部分的动力学??模型，本文基于等效刚度法，将刀头部分简化为等直径均匀结构梁，直径为刀头??直径的６８％［７２］。??刀头部分？＊??刀杆?刀颈?，??实体模型头??个Ｚ??几何模型ｘ?????ｊ?＾?ｊ＾Ｓ???Ｍ?Ｌ?＾??图２－１微铣刀模型??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]微型压电层合板结构的振动特性研究[J]. 张霄峙,陈丽华,张伟. 动力学与控制学报. 2016(05)
[2]高速微铣削铝合金铣削力与表面粗糙度研究[J]. 张欣欣,于化东,许金凯,杨舒. 组合机床与自动化加工技术. 2015(07)
[3]考虑刀具偏摆的微铣削力理论模型分析与研究[J]. 苏玉龙,董志国,轧刚,刘建成. 组合机床与自动化加工技术. 2015(03)
[4]基于Timoshenko梁理论的微细立铣刀动力学建模[J]. 方泽平,王西彬,刘志兵,陈明,徐宗伟. 振动与冲击. 2014(23)
[5]基于MATLAB薄板振动响应分析[J]. 张媛媛,沈火明. 四川大学学报(工程科学版). 2012(S2)
[6]变截面铁木辛柯梁振动特性快速计算方法[J]. 崔灿,李映辉. 动力学与控制学报. 2012(03)
[7]变截面梁横向振动特性半解析法[J]. 崔灿,蒋晗,李映辉. 振动与冲击. 2012(14)
[8]基于有限元法的微径铣刀变形分析[J]. 张涛,刘战强,许崇海. 组合机床与自动化加工技术. 2012(05)
[9]基于Cosserat理论的四边简支自由振动微平板尺度效应研究[J]. 王晓明,王飞,赵学增,景大雷. 固体力学学报. 2012(01)
博士论文
[1]微结构尺寸效应研究及其应用[D]. 王炳雷.山东大学 2011
硕士论文
[1]薄壁件铣削动态响应与振动抑制研究[D]. 石佳昊.山东大学 2017
本文编号：3052330
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3052330.html
