高能效铣刀波动力学损伤识别与应力波控制方法

发布时间：2020-05-08 16:26

【摘要】：高能效铣刀在高速、断续铣削过程中,切削刃在工件上切入切出对刀齿形成明显的冲击作用,铣刀应力场分布的不均匀性显著增加,引起铣刀刀齿产生局部性损伤,铣刀组件内部载荷的传播特性有待揭示。本文在国家自然科学基金“高能效铣刀波动力学损伤机理及其多尺度协同设计方法”(51375124)支持下,提出铣刀跨尺度识别方法,建立铣刀刀齿组件应力波解算模型,并对其影响因素进行分析,提出刀齿组件应力波控制方法。为此,针对铣刀结构及其工作状态,建立单个刀齿切削时的瞬时切削力模型,通过霍普金森压杆实验,获取冲击载荷作用下的铣刀组件本构关系,提出铣刀组件跨尺度损伤识别方法,采用力连接方法进行铣刀连续介质力学与分子动力学跨尺度关联分析,揭示高能效铣刀组件损伤特性。利用铣刀刀齿组件力学关系模型,揭示瞬时切削力作用下铣刀刀齿组件受力状态,发现铣刀组件受多个呈周期性动态载荷的作用,其内部结构处于不稳定状态。采用有限质点法,建立铣刀刀齿组件质点模型,揭示刀齿组件内部结构质点间约束关系;利用一维弦线理论,建立弦线质点运动方程,揭示动态力学载荷作用下铣刀刀齿组件弦线质点的动态特性,同时给出应力波在结合面处发生透射、反射的作用机制;利用弦线质点瞬时应力解算模型,提出铣刀刀齿组件质点应力波仿真方法。结合铣刀刀齿结构,给出应力波衰减率计算方法,提出铣刀组件一维弦线系统应力波解算与验证方法,并采用正交试验方法,对刀齿应力波的影响因素进行分析,揭示各个因素对刀齿应力波影响的主次关系。以刀体结合面应力波的波峰最大值和波长为控制目标,以螺钉头锥面夹角、每齿进给量、切削深度、转速为控制变量,提出铣刀刀齿应力波控制方法,并验证该方法的有效性。与已有的初始控制方案相比,采用该方法可有效控制铣刀刀齿组件应力波,减小铣刀刀齿组件局部结构损伤。
【图文】：

铣刀,破坏形式,组件

第1章绪论1.1 课题研究的背景与意义高能效铣刀在高速、断续切削条件下，随着铣刀结构、材料和切削参数的改变，其内部能量和质量分布也随之发生改变，铣刀组件应力场分布不均匀性显著增加[1-2]。在此条件下，铣刀一旦发生损伤或存在潜在缺陷，其破坏程度将迅速发展，若不能及时发现，会产生如图 1-1 所示各铣刀组件破坏，产生不可修复的严重事故[3]。因此，有必要对此进行深入研究。(a)刀齿及其组件整体性破坏 (b)刀体螺纹结合面塑性变形及破坏

铣刀,方式,组件

第2章铣刀损伤特征及其跨尺度识别方法高速、断续切削的冲击载荷作用下，铣刀内部载荷的传播存在较大差异，部分质点剧烈振动导致的铣刀损伤已成为制约高速铣削能效大幅度提高的的瓶颈，铣刀波动力学损伤行为的实质有待揭示。根据铣刀结构及其工作状态，建立单个刀齿切削时的瞬时切削力模型，通过霍普金森压杆实验，获取冲击载荷作用下的铣刀组件本构关系，进行铣刀组件有限元变形场分析及损伤识别，提出铣刀组件介观损伤分析方法，，采用力连接方法进行铣刀连续介质力学与分子动力学跨尺度关联分析，从而揭示高能效铣刀组件损伤特性，为下文刀齿组件应力波研究奠定基础。2.1 铣刀组件瞬时切削力高速铣削过程中，受铣刀刀齿结构及断续切削的影响，使得呈周期性变化的切削力成为引起铣刀组件内部结构不稳定的主要激励源之一。铣刀切削方式如图 2-1 所示。
【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】：2018
【分类号】：TG714

【参考文献】