铣削动力学高效分析方法及其在五轴加工中的应用研究
发布时间：2021-06-28 16:23
解决加工过程中的振动问题是实现高端制造的重要前提之一,在众多切削振动类型中,由不合适的切削参数组合（主轴转速和切削深度）引起的自激振动也即颤振对加工系统危害最大,因为它不仅会影响到工件的表面加工质量,而且会加剧刀具磨损和破损,降低机床的使用寿命,强烈的颤振引起噪音还会刺激操作工人产生疲劳。从加工动力学角度来看,避免切削颤振的重要手段是对加工系统进行稳定性分析,构建出临界稳定切深与主轴转速之间的函数关系也即叶瓣图,指导工艺参数优化。因此,建立高效、高精度铣削动力学分析方法是准确获得稳定加工区域的前提和基础。球头铣刀是切削领域应用最广泛的刀具之一,五轴数控加工是典型的高柔性机械加工方式,实现球头铣刀无颤振五轴加工意义重大。本文以铣削动力学分析为主线对加工稳定性与动态加工误差同步预报、球头铣刀五轴加工动力学建模等内容进行了研究,主要包含以下几方面:（1）提出了基于牛顿多项式的加工稳定性分析方法,通过对比不同阶方法的计算性能,确定出了最佳牛顿多项式预测方法。与国际上目前通用的一阶、二阶、三阶全离散法,半离散法,完全离散法,和龙格库塔完全离散法相比,该方法只经过一次离散化,局部离散误差达到了六阶...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号列表
1 绪论
1.1 论文研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 铣削加工动力学建模
1.2.2 加工稳定性和动态加工误差预报方法
1.3 当前研究中存在的主要问题
1.3.1 加工稳定性和动态加工误差预报方面
1.3.2 球头铣刀五轴加工稳定性预测方面
1.4 论文主要研究内容和研究框架
2 基于一阶牛顿多项式的加工稳定性和动态加工误差同步预报方法
2.1 引言
2.2 基于牛顿多项式的同步预报方法
2.3 一阶牛顿多项式同步预报方法
2.3.1 加工稳定性预测
2.3.2 验证与分析
2.3.3 动态加工误差预测
2.3.4 验证与分析
2.4 本章小结
3 基于多阶牛顿多项式的加工稳定性预测方法
3.1 引言
3.2 二阶牛顿多项式预测方法
3.3 验证与分析
3.3.1 收敛效果
3.3.2 预测精度和效率
3.4 最佳牛顿多项式预测方法
3.4.1 三阶和四阶牛顿多项式预测方法
3.4.2 不同阶牛顿多项式方法收敛效果对比
3.4.3 不同阶牛顿多项式方法预测精度和效率对比
3.5 本章小结
4 考虑径向切深变化的球头铣刀五轴加工切削力系数辨识方法
4.1 引言
4.2 球头铣刀五轴加工切削力系数辨识数学模型
4.3 刀刃瞬时切削位置确定方法
4.4 试验验证与分析
4.4.1 三轴加工切削力系数辨识
4.4.2 考虑径向切深变化的五轴加工切削力系数辨识
4.5 本章小结
5 球头铣刀五轴加工稳定性预测方法与试验研究
5.1 引言
5.2 球头铣刀五轴加工动力学方程
5.2.1 动力学方程
5.2.2 动态切削力建模
5.2.3 构建状态转移矩阵
5.3 改进的球头铣刀-工件接触区域几何建模方法
5.3.1 改进的接触区域边界求解方法
5.3.2 方法对比
5.4 叶瓣图构建方法
5.5 试验验证与分析
5.5.1 试验验证
5.5.2 对比分析
5.6 本章小结
6 结论
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]A multi-order method for predicting stability of a multi-delay milling system considering helix angle and run-out effects[J]. Shanglei JIANG,Yuwen SUN. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(06)
[2]基于三阶龙格库塔法的铣削稳定性半解析法预测[J]. 李忠群,彭岳荣,夏磊,朱帆. 航空制造技术. 2016(Z2)
[3]基于铣削力仿真的稳定域叶瓣图构建[J]. 李宏坤,周帅,任远杰,丛明,赵鹏仕. 振动.测试与诊断. 2016(06)
[4]球头铣刀曲面多轴加工的刀具接触区半解析建模[J]. 魏兆成,王敏杰,王学文,赵丹阳. 机械工程学报. 2017(01)
[5]薄板件铣削颤振稳定性的非线性判据实验研究[J]. 吴石,边立健,刘献礼,宋盛罡,姜彦翠. 振动与冲击. 2016(17)
[6]铣削过程颤振稳定性分析的研究进展[J]. 卢晓红,王凤晨,王华,王鑫鑫,司立坤. 振动与冲击. 2016(01)
[7]基于改进欧拉法的铣削稳定性半解析法预测[J]. 李忠群,彭岳荣,夏磊,朱帆. 湖南工业大学学报. 2015(06)
[8]FV520B不锈钢铣削稳定叶瓣图的构建及实验[J]. 李宏坤,赵鹏仕,李精忠,董雷. 振动.测试与诊断. 2015(04)
[9]轴向铣削力与陀螺效应对颤振稳定域的影响[J]. 吴石,渠达,刘献礼,肖飞. 振动.测试与诊断. 2013(06)
[10]Stability analysis for variable spindle speed milling with helix angle using an improved semi-discretization method[J]. XIE QiZhi,ZHANG QiChang,WANG Wei,JIN Gang,HAN JianXin. Science China（Technological Sciences）. 2013(03)
博士论文
[1]五轴高效铣削动力学分析与控制研究[D]. 黄涛.华中科技大学 2017
[2]薄壁件铣削系统动力学建模及稳定性预测方法研究[D]. 杨昀.西北工业大学 2016
[3]基于完全离散化方法的切削过程稳定性预测研究[D]. 李明震.华中科技大学 2013
[4]基于变时滞特性的球头刀五轴精铣削稳定性研究[D]. 梁鑫光.上海交通大学 2013
[5]柔性结构铣削时滞工艺系统的稳定性理论与实验研究[D]. 张小俭.华中科技大学 2012
[6]铣削动力学—稳定性分析方法与应用[D]. 丁烨.上海交通大学 2011
[7]球头铣刀曲面加工的铣削力与让刀误差预报[D]. 魏兆成.大连理工大学 2011
[8]薄壁零件铣削稳定性数值仿真及实验研究[D]. 汪通悦.南京航空航天大学 2010
[9]五轴数控铣削加工几何—动力学建模与工艺参数优化[D]. 张小明.上海交通大学 2009
[10]高速铣削稳定性及加工精度研究[D]. 宋清华.山东大学 2009
硕士论文
[1]考虑模态耦合与过程阻尼的钛合金铣削稳定性及表面位置误差研究[D]. 李钟昀.大连理工大学 2017
[2]薄壁件加工稳定域建模及颤振监测方法研究[D]. 周帅.大连理工大学 2017
[3]环形铣刀五轴铣削加工的稳定性研究[D]. 曹启超.太原科技大学 2017
[4]三维曲面五轴宽行加工铣削力预报[D]. 高毅.大连理工大学 2016
[5]薄壁叶片弯曲变形及动态加工误差预测方法研究[D]. 潘鹏飞.哈尔滨理工大学 2016
[6]薄壁件球头铣刀加工表面形貌及稳定性研究[D]. 王博翔.南京理工大学 2016
[7]考虑非线性过程阻尼的铣削过程动力学建模及仿真分析[D]. 夏磊.湖南工业大学 2015
[8]薄壁件三维铣削高速稳定性研究[D]. 金鑫.大连理工大学 2015
[9]多轴数控机床刀具端动态特性测试评估及其软件开发[D]. 吴鹏飞.华中科技大学 2015
[10]薄板件铣削过程颤振稳定域预测及实验研究[D]. 宋盛罡.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3254653
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号列表
1 绪论
1.1 论文研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 铣削加工动力学建模
1.2.2 加工稳定性和动态加工误差预报方法
1.3 当前研究中存在的主要问题
1.3.1 加工稳定性和动态加工误差预报方面
1.3.2 球头铣刀五轴加工稳定性预测方面
1.4 论文主要研究内容和研究框架
2 基于一阶牛顿多项式的加工稳定性和动态加工误差同步预报方法
2.1 引言
2.2 基于牛顿多项式的同步预报方法
2.3 一阶牛顿多项式同步预报方法
2.3.1 加工稳定性预测
2.3.2 验证与分析
2.3.3 动态加工误差预测
2.3.4 验证与分析
2.4 本章小结
3 基于多阶牛顿多项式的加工稳定性预测方法
3.1 引言
3.2 二阶牛顿多项式预测方法
3.3 验证与分析
3.3.1 收敛效果
3.3.2 预测精度和效率
3.4 最佳牛顿多项式预测方法
3.4.1 三阶和四阶牛顿多项式预测方法
3.4.2 不同阶牛顿多项式方法收敛效果对比
3.4.3 不同阶牛顿多项式方法预测精度和效率对比
3.5 本章小结
4 考虑径向切深变化的球头铣刀五轴加工切削力系数辨识方法
4.1 引言
4.2 球头铣刀五轴加工切削力系数辨识数学模型
4.3 刀刃瞬时切削位置确定方法
4.4 试验验证与分析
4.4.1 三轴加工切削力系数辨识
4.4.2 考虑径向切深变化的五轴加工切削力系数辨识
4.5 本章小结
5 球头铣刀五轴加工稳定性预测方法与试验研究
5.1 引言
5.2 球头铣刀五轴加工动力学方程
5.2.1 动力学方程
5.2.2 动态切削力建模
5.2.3 构建状态转移矩阵
5.3 改进的球头铣刀-工件接触区域几何建模方法
5.3.1 改进的接触区域边界求解方法
5.3.2 方法对比
5.4 叶瓣图构建方法
5.5 试验验证与分析
5.5.1 试验验证
5.5.2 对比分析
5.6 本章小结
6 结论
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]A multi-order method for predicting stability of a multi-delay milling system considering helix angle and run-out effects[J]. Shanglei JIANG,Yuwen SUN. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(06)
[2]基于三阶龙格库塔法的铣削稳定性半解析法预测[J]. 李忠群,彭岳荣,夏磊,朱帆. 航空制造技术. 2016(Z2)
[3]基于铣削力仿真的稳定域叶瓣图构建[J]. 李宏坤,周帅,任远杰,丛明,赵鹏仕. 振动.测试与诊断. 2016(06)
[4]球头铣刀曲面多轴加工的刀具接触区半解析建模[J]. 魏兆成,王敏杰,王学文,赵丹阳. 机械工程学报. 2017(01)
[5]薄板件铣削颤振稳定性的非线性判据实验研究[J]. 吴石,边立健,刘献礼,宋盛罡,姜彦翠. 振动与冲击. 2016(17)
[6]铣削过程颤振稳定性分析的研究进展[J]. 卢晓红,王凤晨,王华,王鑫鑫,司立坤. 振动与冲击. 2016(01)
[7]基于改进欧拉法的铣削稳定性半解析法预测[J]. 李忠群,彭岳荣,夏磊,朱帆. 湖南工业大学学报. 2015(06)
[8]FV520B不锈钢铣削稳定叶瓣图的构建及实验[J]. 李宏坤,赵鹏仕,李精忠,董雷. 振动.测试与诊断. 2015(04)
[9]轴向铣削力与陀螺效应对颤振稳定域的影响[J]. 吴石,渠达,刘献礼,肖飞. 振动.测试与诊断. 2013(06)
[10]Stability analysis for variable spindle speed milling with helix angle using an improved semi-discretization method[J]. XIE QiZhi,ZHANG QiChang,WANG Wei,JIN Gang,HAN JianXin. Science China（Technological Sciences）. 2013(03)
博士论文
[1]五轴高效铣削动力学分析与控制研究[D]. 黄涛.华中科技大学 2017
[2]薄壁件铣削系统动力学建模及稳定性预测方法研究[D]. 杨昀.西北工业大学 2016
[3]基于完全离散化方法的切削过程稳定性预测研究[D]. 李明震.华中科技大学 2013
[4]基于变时滞特性的球头刀五轴精铣削稳定性研究[D]. 梁鑫光.上海交通大学 2013
[5]柔性结构铣削时滞工艺系统的稳定性理论与实验研究[D]. 张小俭.华中科技大学 2012
[6]铣削动力学—稳定性分析方法与应用[D]. 丁烨.上海交通大学 2011
[7]球头铣刀曲面加工的铣削力与让刀误差预报[D]. 魏兆成.大连理工大学 2011
[8]薄壁零件铣削稳定性数值仿真及实验研究[D]. 汪通悦.南京航空航天大学 2010
[9]五轴数控铣削加工几何—动力学建模与工艺参数优化[D]. 张小明.上海交通大学 2009
[10]高速铣削稳定性及加工精度研究[D]. 宋清华.山东大学 2009
硕士论文
[1]考虑模态耦合与过程阻尼的钛合金铣削稳定性及表面位置误差研究[D]. 李钟昀.大连理工大学 2017
[2]薄壁件加工稳定域建模及颤振监测方法研究[D]. 周帅.大连理工大学 2017
[3]环形铣刀五轴铣削加工的稳定性研究[D]. 曹启超.太原科技大学 2017
[4]三维曲面五轴宽行加工铣削力预报[D]. 高毅.大连理工大学 2016
[5]薄壁叶片弯曲变形及动态加工误差预测方法研究[D]. 潘鹏飞.哈尔滨理工大学 2016
[6]薄壁件球头铣刀加工表面形貌及稳定性研究[D]. 王博翔.南京理工大学 2016
[7]考虑非线性过程阻尼的铣削过程动力学建模及仿真分析[D]. 夏磊.湖南工业大学 2015
[8]薄壁件三维铣削高速稳定性研究[D]. 金鑫.大连理工大学 2015
[9]多轴数控机床刀具端动态特性测试评估及其软件开发[D]. 吴鹏飞.华中科技大学 2015
[10]薄板件铣削过程颤振稳定域预测及实验研究[D]. 宋盛罡.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3254653
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