基于过程阻尼效应的减振刀具设计与试验研究

发布时间：2020-05-07 11:30

【摘要】：钛合金薄壁件加工过程中极易发生切削颤振,严重时往往恶化工件表面加工质量,限制加工效率的提高,进而降低生产效益。为此,本文从铣削颤振的本质着手,基于过程阻尼效应提出改变齿间距、螺旋角以及消振棱等刀具结构参数的减振刀具设计方案,并进行数值模拟验证和试验验证。论文的主要研究内容如下:(1)综合考虑时滞效应建立变齿距铣刀与变螺旋铣刀的铣削动力学模型;然后,优化变齿距刀具的齿间距,并结合数值模拟,分析齿间距、基准螺旋角与相邻刀齿间螺旋角的等差增量对钛合金薄壁件铣削稳定性的影响。(2)基于对变齿距、变螺旋刀具的研究,提出同时变齿距变螺旋刀具设计。运用数值模拟对同时变齿距变螺旋刀具的减振效果进行分析,进而比较变齿距铣刀、变螺旋铣刀和同时变齿距变螺旋铣刀三者的减振优势。(3)基于过程阻尼效应,分析刀具后刀面倒棱形成的介观消振棱对刀具铣削稳定性的影响,进而得到不同转速下的有效极限消振棱宽度与低速区较为合理的消振棱宽度区域。(4)根据数值模拟结果选取十组代表性消振棱宽度定做立铣刀,运用所做刀具进行钛合金薄壁件铣削试验,使用LabVIEW SE软件采集加速度信号,信号经过MATLAB傅里叶变换得到加速度的频域图。然后,基于加速度频谱图分析刀具的铣削稳定性,验证数值模拟结果的可靠性。
【图文】：

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多材料的铣削过程中都具有较好的减振效果。但关于齿间距的优化方案却略有欠缺，距的分布方案还可以有其他新的探索。除此之外，变螺旋铣刀的螺旋角变化方式对铣的影响是本章另一个探究内容；基于前两者的研究本章还将分析同时变齿距变螺旋对性的影响，并对三种非常规刀具的减振优势予以比较。1 变齿距刀具的铣削稳定性分析由绪论 1.2.1 节知，变齿距刀具在铣削钛合金及其薄壁件时具有良好的减振作用，本已有理论提出新的齿间距分布方案，并对齿间距进行优化；最后，结合数值模拟法对刀具进行了铣削稳定性分析。1.1 变齿距刀具的铣削动力学模型工件为薄壁件，为了简化模型选用大直径整体立铣刀，保证工件刚度远小于刀具刚度刀具工件系统视刀具为刚性件工件为柔性件，加工过程仅考虑工件的振动，物理模型为图 2.1。建立如图所示的自然坐标系 X-Y，因为 X 向刚度远大于 Y 向，所以建立动时只考虑 Y 向动态切厚对切削力的影响。

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南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文削力系数 Ktc=1800MPa,Krc=600MPa。刀具的齿间距分布选用上一节优化结果，并定义刀具一齿间距分布为[78°,85°,94°,103°]，刀具二齿间距分布为[71°,82°,96°,111°]。加工材料选用 40mm*5mm*70mm 的 Ti6Al4V 薄壁件，，模态参数分别为：ww=2140Hz、 0.031w 、kw=4.18×106N/mm。刀具轴向离散单元长度 dz=0.2mm,整个旋转周期离散点数为 G=200。考虑到工件为柔性件，为了避免切削力过大产生过大的让刀现象，模拟过程采用顺铣加工，每齿进给量与径向切深取较小值。主要铣削参数如表 2.1：表 2. 1 变齿距刀具切削参数表注： 500:50:6000 表示对应参数由 500 等差增至 6000，差值为 50；1:0.2:9 意义相同。数值模拟过程中综合考虑了刀齿的切削顺序对铣削稳定性的影响，两种优化后的非常规铣刀的铣削稳定性分析结果如图 2.4、2.5 。主轴转速（rpm）轴向切深（mm）每齿进给量（mm/z）径向切深（mm）500:50:6000 1:0.2:9 0.06 0.8
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG714

【参考文献】