铣车复合加工中心颤振问题研究

发布时间：2017-07-29 23:18

  本文关键词：铣车复合加工中心颤振问题研究

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【摘要】：装备制造业是国家工业发展中不可或缺的战略性产业,而机床是一个国家装备制造业发展水平的象征。现代机床正朝着高速度、高精度、高柔性的方向发展,各种类型的高速加工中心是近些年来重要的发展方向。颤振则直接影响着零件的精度。本文以铣车复合加工中心直驱摆头动力刀架和直驱转台为研究对象,分别对动力刀架和直驱转台进行模态和谐响应分析,以得到其六阶固有模态并对比两者在激振作用下各个方向的振幅;建立铣削动力学方程并对传统动力学方程模型进行优化,使其更加准确。根据铣削动力学方程得到颤振稳定性叶瓣图并运用Deform-3D软件对仿真结果正确性进行验证,同时分析铣刀齿数、径向切削深度、进给量对机床颤稳定性的影响规律。本文的研究为切削参数的合理选择,减小颤振提供理论依据。本文所研究的内容主要包括以下几个部分:(1)对动力刀架和直驱转台进行模态分析谐响应分析,得到动力刀架前两阶固有频率符合主轴转速为35~12000r/min时的频率范围,得到在切削时此频率对应的主轴转速数值;得到直驱转台的理论最大振幅为0.0324mm,动力刀架的理论最大振幅为2.66mm,动力刀架对于加工精度的影响更加严重;(2)根据动力刀架的工作原理选定圆角铣削为切削方式并建立考虑再生作用的圆角铣削动力学模型,通过铣削过程中刀具相对于工件坐标位置的变化,推导出切入、切出角的计算公式,有效解决动态切削力的方向力系数的时变性问题。得到铣削加工稳定性叶瓣图及轴向最小极限切削深度,数值为4.8mm;(3)根据得到的颤振稳定性叶瓣图,分别选取稳定区域和非稳定区域的切削条件,运用Deform-3D软件进行三维实体仿真,得到X、Y、Z三个方向切削力变化曲线。对比切削力曲线的变化情况及刀尖棱线处位移,发现切削力变化符合颤振预测。提取稳定条件下主切削力数据,求取其平均值并和切削力经验公式得到的数值对比,以验证Deform-3D仿真结果的正确性;(4)探讨铣刀齿数、径向切削深度及进给量等因素对颤振系统稳定性的影响,通过MATLAB仿真,得到在不同的铣刀齿数、径向切削深度及进给量影响下的稳定性叶瓣图。利用Deform-3D有限元软件以不同的切削用量作为变量分别进行了三维实体切削仿真并得到在不同切削用量下各向切削力曲线,为探究铣刀齿数、径向切削深度及进给量等因素对切削力的影响提供依据。
【关键词】：动力刀架 再生型颤振 稳定性叶瓣图 三维实体仿真
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG65
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第1章 绪论14-21
• 1.1 课题来源14
• 1.2 课题的研究背景和意义14-15
• 1.2.1 课题的研究背景14-15
• 1.2.2 课题的研究意义15
• 1.3 机床颤振的研究概况15-19
• 1.3.1 颤振机理与模型的研究15-17
• 1.3.2 机床切削系统动态特性的研究17-18
• 1.3.3 颤振预防与控制的研究18-19
• 1.4 本文的研究目的和内容19-20
• 1.4.1 本文的研究目的19
• 1.4.2 本文的研究内容19-20
• 1.5 本章小结20-21
• 第2章 动力刀架和直驱转台动态特性分析21-30
• 2.1 动态特性分析理论21-23
• 2.1.1 模态分析理论21
• 2.1.2 谐响应分析理论基础21-23
• 2.2 动力刀架的动态特性分析23-26
• 2.2.1 动力刀架的模态分析23-25
• 2.2.2 动力刀架的谐响应分析25-26
• 2.3 直驱转台的动态特性分析26-29
• 2.3.1 直驱转台的模态分析27-28
• 2.3.2 直驱转台的谐响应分析28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 铣削过程动力学模型与稳定性分析30-41
• 3.1 动力学方程的建立30-33
• 3.1.1 铣削方式的确定30-31
• 3.1.2 铣削动力学方程31-33
• 3.2 切入角、切出角的计算公式推导33-36
• 3.2.1 圆角铣削瞬时侵入角变化规律33-34
• 3.2.2 均匀切宽下切入角与切出角推导34-36
• 3.3 系统稳定性分析36-40
• 3.3.1 颤振稳定性极限参数的确定36-38
• 3.3.2 求解稳定性曲线38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 铣削过程的三维切削仿真41-51
• 4.1 Deform软件的简介及仿真关键参数的确定41-44
• 4.1.1 Deform软件的简介41
• 4.1.2 仿真关键参数的确定41-44
• 4.2 建立三维铣削模型仿真44-46
• 4.2.1 前处理模块44-45
• 4.2.2 求解器45-46
• 4.2.3 后置处理46
• 4.3 三维铣削模型的仿真结果分析46-49
• 4.3.1 仿真过程中的切削力分析47-48
• 4.3.2 切削力仿真结果验证48-49
• 4.4 刀尖棱线位移49
• 4.5 本章小结49-51
• 第5章 颤振稳定性影响因素分析51-62
• 5.1 铣刀齿数对颤振稳定性影响51-54
• 5.1.1 铣刀齿数对铣削极限切削深度的影响51-52
• 5.1.2 刀具齿数对切削力的影响52-54
• 5.2 径向切深对颤振稳定性影响54-57
• 5.2.1 径向切深对铣削极限切削深度的影响54-55
• 5.2.2 径向切削深度对切削力的影响55-57
• 5.3 进给量对颤振稳定性影响57-61
• 5.3.1 进给量对铣削极限切削深度的影响57-59
• 5.3.2 进给量对切削力的影响59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 结论与展望62-64
• 结论62-63
• 展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文69

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本文编号：591559