切削颤振系统动态特性分析

发布时间：2017-04-09 05:00

  本文关键词：切削颤振系统动态特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：颤振是金属切削加工过程中刀具与工件之间产生的一种强烈的相对振动,属于自激振动。颤振降低加工质量与切削效率,降低刀具、机床的使用寿命,产生污染周围环境的切削噪声,甚至导致人身伤亡与机床加工的重大事故。因此,对于颤振的研究具有较高的实际意义。 首先,本文讲述动态系统的一些基本概念和切削颤振的线性理论,作为非线性理论方面的研究成果的基础。引入平衡点、极限环及其稳定性的概念,以此为基础我们讨论自激振动的特点和机制。在金属切削过程中,由于反馈量与反馈方式的不同,可以有不同类型的颤振以及不同的失稳方式,我们分别对速度反馈、位移反馈以及模态耦合三种不同机制的切削颤振进行线性建模,对其机理做了比较详尽的分析和研究。 其次,本文阐述了本文在切削颤振非线性理论方面的成果。首先介绍由其他学者提出的一个非线性颤振模型,该模型反映了机床结构的非线性刚度这一非线性因素,论述了这一模型的成就,指出了它所面临的困难和所存在的问题。然后,引入刀具振离工件材料这一非线性因素,建立了一个新的非线性颤振模型,详细讨论了这一模型的特性及其所导致的结论,如振幅稳定性,以及诸切削参数对于稳定振幅的影响等等。紧接着将切削过程中两个基本的非线性因素同时纳入考虑:刀刃的运动轨迹的一部分越出工件材料之外和切削力对于切削厚度的非线性依赖关系,建立了关于自激振动的一个更为完美的理论模型。此模型能够解释和预测有限振幅颤振的两个重要现象:振幅自稳定性和有限振幅不稳定,这些现象是传统的线性理论所无法解释的。 最后,通过实验验证本文所提出的切削颤振模型,理论预测的结果和实验数据相符合;并采用非线性数字建模和仿真的方法研究切削过程的颤振机理,揭示颤振发生、发展和最终走向稳定的全过程;剖析切削用量对于这一过程的影响,以达到预测和控制颤振的目的,为整体叶盘数控加工时颤振的在线监测和控制提供理论依据。
【关键词】：颤振 相图 极限环 非线性 振幅不稳定性 数字仿真
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TG506
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 课题的提出背景及实际意义7-8
• 1.2 国内外的发展现状8-13
• 1.2.1 颤振机理与模型8-9
• 1.2.2 颤振预防与控制9-11
• 1.2.3 颤振的在线监控与控制11-13
• 1.3 本课题的来源和主要研究内容13-14
• 第二章 机床颤振机理14-47
• 2.1 自激振动的特点和机制14-19
• 2.1.1 相平面、平衡点、极限环及其稳定性14-17
• 2.1.2 自激振动的特点17-19
• 2.2 速度反馈引起的切削颤振19-26
• 2.2.1 切削过程中的速度反馈机制19-21
• 2.2.2 速度反馈所形成的负阻尼21-22
• 2.2.3 自激振动的能量机制22-24
• 2.2.4 能量平衡与振幅稳定性24-26
• 2.3 位移延时反馈引起的切削颤振26-39
• 2.3.1 位移反馈、负刚度与静态不稳定性26-28
• 2.3.2 位移的延时反馈28-29
• 2.3.3 金属切削过程中的再生颤振29-39
• 2.4 模态耦合引起的切削颤振39-47
• 2.4.1 模态耦合与模态耦合系统的稳定性39-43
• 2.4.2 金属切削中模态耦合自激振动43-47
• 第三章 非线性再生颤振建模47-73
• 3.1 考虑机床结构非线性刚度的切削颤振模型48-52
• 3.1.1 模型的要点与成就48-51
• 3.1.2 模型的困难与问题51-52
• 3.2 基于刀刃振离工件的非线性单因素的切削颤振模型52-62
• 3.2.1 描述切削颤振的微分方程52-58
• 3.2.2 机床的稳定性和稳定性图58-60
• 3.2.3 各种因素对稳定振幅的影响60-62
• 3.3 基于刀刃振离工件和切削力的非线性双因素的切削颤振模型62-73
• 3.3.1 有限振幅不稳定性分析62-67
• 3.3.2 机床的稳定性和稳定性图67-70
• 3.3.3 切削用量对于非线性颤振过程的影响70-73
• 第四章 颤振过程实验论证和数字仿真73-87
• 4.1 切削颤振试验73-77
• 4.2 切削颤振过程的数字仿真77-87
• 4.2.1 运动方程77-80
• 4.2.2 数字仿真方法80-81
• 4.2.3 数字仿真结果81-87
• 第五章 总结87-88
• 参考文献88-90
• 攻读学位期间发表的论文90-91
• 致谢91-92
• 西北工业大学学位论文知识产权声明书92
• 西北工业大学学位论文原创性声明92

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