考虑扭转振动的铣削稳定性建模与仿真分析

发布时间：2017-05-22 15:14

  本文关键词：考虑扭转振动的铣削稳定性建模与仿真分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：切削颤振是指在无周期外力作用下,发生在切削过程中因加工系统本身特性所引起的一种自激振动现象,它严重影响切削加工的质量与效率。当切削刀具在扭转方向刚性较弱时,切削颤振不仅发生在横向上,而且也会发生的扭转方向上,进而导致在圆角部位产生明显的振动纹路。因此,建立考虑扭转振动的切削动力学模型,实现高效无颤振切削意义重大。本文拟对考虑扭转振动的铣削动力学建模及仿真技术开展理论与试验研究,其主要内容如下:首先,介绍了常规二自由度铣削动力学建模过程及其经典的解析、半离散求解方法,在程序上实现了常规二自由度铣削稳定性预测,为后续研究奠定了基础。其次,采用有限元分析方法对铣刀进行了模态分析,获得了立铣刀的固有频率与振型。在此基础上,通过将铣削系统简化为三自由度振动系统(两个横向振动、一个扭转振动),推导出了其动力学模型,采用改进的半离散法对动力学模型进行了求解。基于动力学建模成果,在Matlab平台上,采用GUI界面实现了考虑扭转振动的铣削稳定性预测。借助于所开发动力学仿真系统,分析了模态参数改变对铣削稳定性的影响,得出了一些对实际工程应用有指导意义的结论。最后,进行了颤振稳定域验证试验,证实了所建模型及仿真程序的正确性。
【关键词】：扭转振动 动力学模型 半离散法 颤振稳定性
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 论文研究的背景及意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 论文的研究背景9
• 1.1.3 论文研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 颤振机理研究10-11
• 1.2.2 切削力建模研究11-13
• 1.2.3 扭转振动及扭振建模研究13
• 1.2.4 铣削动力学建模与颤振稳定性分析13-15
• 1.3 论文的主要研究内容及结构15-17
• 1.3.1 主要研究内容15-16
• 1.3.2 论文的章节结构16-17
• 第二章 二自由度系统铣削稳定性建模及模型求解17-29
• 2.1 二自由度铣削系统的动力学建模17-20
• 2.1.1 铣削动力学方程的建立17-18
• 2.1.2 瞬时切削力厚度模型18-19
• 2.1.3 瞬时切削力模型19-20
• 2.2 颤振稳定性模型解析法求解20-22
• 2.3 基于半离散法的铣削稳定性分析22-26
• 2.4 仿真实例26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第三章 考虑扭转振动的铣削稳定性建模与模型求解29-42
• 3.1 硬质合金立铣刀实体建模与模态分析29-31
• 3.1.1 硬质合金立铣刀的模型29-30
• 3.1.2 立铣刀模态分析30-31
• 3.2 考虑扭转振动的铣削过程动力学建模31-37
• 3.2.1 动态铣削力模型31-32
• 3.2.2 瞬时切削力厚度计算32-33
• 3.2.3 动态切削力计算33-37
• 3.3 考虑扭转振动的铣削稳定性建模分析37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 基于Matlab的铣削加工稳定域仿真程序开发42-51
• 4.1 开发平台的选用42-43
• 4.2 考虑扭转振动的铣削稳定性仿真程序开发43-45
• 4.2.1 仿真功能的实现43
• 4.2.2 程序界面设计43-44
• 4.2.3 仿真结果输出44-45
• 4.3 考虑扭转振动的铣削稳定性的仿真实例45-47
• 4.4 扭转方向的模态参数对铣削稳定性的影响47-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 考虑扭转振动的铣削稳定性试验验证51-61
• 5.1 实验条件51-52
• 5.2 模态锤击试验52-54
• 5.2.1 试验方案52-53
• 5.2.2 模态参数测量实例53-54
• 5.3 扭转方向模态参数测量54-56
• 5.3.1 试验方案54-55
• 5.3.2 测量实例55-56
• 5.4 切削力系数辨识试验56-59
• 5.4.1 切削力系数辨识理论公式56-57
• 5.4.2 切削力辨识试验57-58
• 5.4.3 切削力的测量58
• 5.4.4 切削力系数的试验结果58-59
• 5.5 铣削稳定性验证59-60
• 5.6 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读学位期间的主要研究成果66-67
• 致谢67

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