金属切削过程动力学建模及动态性能分析

发布时间：2017-10-13 22:23

  本文关键词：金属切削过程动力学建模及动态性能分析

  更多相关文章： 动力学模型 横向振动 纵向振动结合部数控铣床 模态分析 动态特性

【摘要】：切削颤振和机床的动态性能是金属切削加工过程中影响工件表面质量的主要因素之一,尤其在加工细长轴工件时,由于长径比大、支撑刚性弱等原因,切削振动往往更加剧烈。因此建立准确的工件切削过程模型进而研究影响振动幅值大小的因素、对机床动态性能进行分析一直是国内外相关学者研究的重点问题之一。目前国内外学者所建立的切削动力学模型不能完全反映工件所受切削力的实际情况,且建立的模型只适合于长径比较小工件的加工情况;由于未考虑结合部参数而对机床动态性能的仿真分析结果不准确。针对上述问题,本文分别基于横向和纵向振动理论建立细长轴车削过程的动力学模型,通过仿真研究了切削用量和工件长径比的变化对细长横向和纵向振动的影响,并通过车削实验验证理论模型的正确性;考虑固定、滚动结合部的刚度参数建立了数控铣床的有限元模型,对整机及其典型部件进行了模态分析、谐响应分析和实验研究。论文主要研究工作和研究成果如下:(1)建立了细长轴车削过程的横向动力学模型。基于横向振动理论建立了细长轴车削过程的振动模型,并从力学及数值分析角度求解了切削力引起的工件振动响应。在Matlab软件中通过仿真研究了切削用量和工件长径比的变化对工件振动响应的影响。设计了以背吃刀量、进给量、主轴转速及工件长径比为变量的四因素三水平正交车削实验,分析四个因素对工件切削力的影响。揭示了细长轴车削过程的横向动态特性。(2)建立了细长轴车削过程的纵向动力学模型。基于纵向振动理论建立了细长轴车削过程的纵向动力学方程,通过理论推导及数值求解得了到细长轴工件在轴向力下的纵向振动响应公式。在ANSYS中通过理论模态分析研究了切削点位置和工件质量的变化对切削系统动态性能的影响。(3)考虑关键结合部的刚度参数建立了数控系统的有限元模型并对其进行了动态性能分析。以一台FA-32M三轴立式数控铣床为研究对象,论述了其进给系统结合部的简化建模方法,基于吉村允效法计算了立柱与床身固定结合部的刚度参数、基于Hertz接触理论计算了进给系统滚动结合部的刚度参数,建立了整机的有限元模型;对工作台进行了理论模态计算和实验模态测试,通过固有频率和模态振型的对比验证了整机有限元模型的正确性;在考虑结合部刚度参数和结合部固结处理两种建模方法下,分别对工作台、主轴系统、铣床整机进行了理论模态计算与分析;此外,对主轴系统和工作台进行了谐响应分析,并对结果进行了对比与总结。
【关键词】：动力学模型 横向振动 纵向振动结合部数控铣床 模态分析 动态特性
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG506
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 金属切削加工过程中的颤振现象及危害12-13
• 1.1.1 颤振现象12-13
• 1.2 国内外颤振研究现状13-17
• 1.2.1 颤振机理13
• 1.2.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.3 国内外颤振控制方法15-17
• 1.3 本研究目的及意义17-18
• 1.4 本研究的内容18-20
• 第二章 金属车削加工的横向振动影响因素研究20-37
• 2.1 引言20-21
• 2.2 切削力的的来源21
• 2.3 基于横向振动理论建立了细长轴车削过程的振动模型21-29
• 2.3.1 固有频率与正则振型的求解21-26
• 2.3.2 细长轴在切削力作用下的振动响应26-27
• 2.3.3 细长轴弯曲振动的影响因素27-29
• 2.4 基于Matlab研究影响细长轴横向振动响应因素的仿真29-33
• 2.4.1 背吃刀量的变化对颤振的影响29-30
• 2.4.2 转速的变化对颤振的影响30-31
• 2.4.3 进给速度的变化对颤振的影响31-32
• 2.4.4 长径比的变化对颤振的影响32-33
• 2.5 切削正交实验33-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 细长轴车削纵向振动影响因素研究37-54
• 3.1 引言37
• 3.2 细长轴纵向自由振动37-41
• 3.3 考虑轴向拉力时的细长轴纵向振动响应41-43
• 3.4 细长轴在横向及纵向切削力作用下的振动响应43-45
• 3.5 ANSYS有限元分析验证45-46
• 3.5.1 ANSYS简介45
• 3.5.2 ANSYS软件的分析类型45-46
• 3.6 基于ANSYS的模态分析46-53
• 3.6.1 基于ANSYS的细长轴模态分析46
• 3.6.2 细长轴工件的模态分析46-50
• 3.6.3 细长轴建模50-51
• 3.6.4 ANSYS中切削过程振型的变化51-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第四章 基于结合部刚度的动态特性分析54-88
• 4.1 引言54-55
• 4.2 数控铣床实体建模55-60
• 4.2.1 FA-32M数控铣床概况55-56
• 4.2.2 功能部件建模56-60
• 4.3 数控铣床结合部建模60-66
• 4.3.1 固定结合部建模60-62
• 4.3.2 进给系统滚动结合部建模62-66
• 4.4 数控铣床有限元建模66-68
• 4.5 有限元模型的验证68-72
• 4.5.1 工作台理论模态分析68-70
• 4.5.2 工作台实验模态测试70-72
• 4.6 数控铣床模态分析72-79
• 4.6.1 工作台模态分析72-73
• 4.6.2 主轴系统模态分析73-76
• 4.6.3 整机模态分析76-79
• 4.7 数控铣床谐响应分析79-86
• 4.7.1 谐响应分析理论基础79-81
• 4.7.2 主轴系统谐响应分析81-84
• 4.7.3 工作台的谐响应分析84-86
• 4.8 本章小结86-88
• 第五章 总结与展望88-90
• 5.1 总结88
• 5.2 展望88-90
• 参考文献90-94
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果94-95
• 1. 发表的学术论文94
• 2. 取得的相关科研成果94-95
• 致谢95-96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李敏;张加宏;刘清`，

本文编号：1027410