薄板件铣削过程颤振稳定域预测及实验研究

发布时间：2017-10-29 13:22

  本文关键词：薄板件铣削过程颤振稳定域预测及实验研究

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【摘要】：现代工业迅速发展,使得具有高精度、高效制造技术的航空航天产品不断推陈出新,市场竞争日趋激烈,其中航空铝合金被广泛应用于航空航天薄壁零件中,但由于其薄壁零件具有壁薄、刚性差、厚度时变、加工余量大等特点,加工过程易产生颤振,这不仅会降低零件的加工精度、影响机床及刀具使用寿命,还会严重制约切削效率。因此,本文以铝合金7075-T6薄板件为例,对其铣削加工过程的颤振稳定性展开以下研究。首先,针对球头铣刀建立其铣削加工的瞬时未变形切削厚度模型,并考虑再生效应建立柔性工件系统的铣削动力学模型。然后,分析了影响薄板件铣削加工稳定性的主要因素,针对薄板件刚性差、难加工的特点,在单自由度动力学模型的基础上,基于全离散法对其分析求解,得到了相应的颤振稳定域预测图,实现了加工参数对稳定性影响的预测。同时,基于单自由度铣削动力学模型,采用全离散法与控制变量法,研究了工件动态特性(模态刚度、固有频率和阻尼比)对颤振稳定性的影响,研究表明较大的刚度、阻尼比和固有频率有利于切削过程的稳定,但在影响程度上存在差异。其次,研究了铣削力系数与铣刀磨损量的关系,针对不同阶段铣刀磨损量,建立了相应的两自由度动力学模型,基于全离散法进行稳定性预测,分析了不同刀具磨损量对颤振稳定性的影响。同时,考虑加工过程壁厚的变化,研究了刀具磨损量对不同壁厚工件铣削过程稳定性的影响。最后,基于实验法对7075-T6薄板件进行铣削加工颤振稳定性研究,从而确立了铣削颤振非线性稳定性判据,并与全离散法对比分析验证了此判据的可靠性。本文的研究可以指导铝合金工件球头铣削加工参数的优选,并对铣削颤振稳定性研究具有一定意义。
【关键词】：薄板件 铣削稳定性 铣刀磨损 稳定性判据
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 铣削过程动力学建模研究现状11
• 1.3 稳定性分析研究现状11-13
• 1.3.1 铣削加工过程稳定性的研究12-13
• 1.3.2 铣刀磨损量对铣削过程稳定性影响的研究13
• 1.4 切削稳定性判据的研究13-14
• 1.5 课题来源及主要研究内容14-16
• 第2章 铣削动力学模型16-26
• 2.1 基于次摆线路径的切削厚度模型16-21
• 2.2 瞬时切削厚度21-22
• 2.3 柔性工件铣削系统动力学模型22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 薄板件铣削过程颤振稳定性分析26-47
• 3.1 薄板件模态及铣削加工稳定性影响因素分析26-31
• 3.1.1 薄板件模态分析26-28
• 3.1.2 薄板件模态实验28-30
• 3.1.3 铣削稳定性影响因素分析30-31
• 3.2 球头铣刀铣削力系数辨识31-33
• 3.3 全离散法及薄板件稳定性分析33-40
• 3.3.1 全离散法33-36
• 3.3.2 薄板件稳定性分析36-39
• 3.3.3 两端固定薄板件颤振稳定性分析39-40
• 3.4 工件动态特性对稳定性的影响40-43
• 3.4.1 刚度对稳定性的影响40-41
• 3.4.2 固有频率对铣削稳定性的影响41-42
• 3.4.3 阻尼比对铣削稳定性的影响42-43
• 3.5 薄板件铣削过程稳定性实验43-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 铣刀磨损量对颤振稳定域的影响47-58
• 4.1 铣削动力学模型47-48
• 4.2 实验参数获取与稳定域预测48-54
• 4.2.1 实验参数获取48-50
• 4.2.2 稳定域预测50-54
• 4.3 实验验证及分析54-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 铣削颤振非线性稳定性判据实验研究58-67
• 5.1 颤振过程的分析方法58-59
• 5.1.1 最大李雅普诺夫指数58-59
• 5.1.2 Poincare映射和相平面图59
• 5.2 两端固定薄板件铣削加工实验59-63
• 5.3 非线性稳定域预测63-66
• 5.4 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文73-74
• 致谢74

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本文编号：1113165