铣削加工稳定性与刀具可靠性研究

发布时间：2017-06-24 04:07

  本文关键词：铣削加工稳定性与刀具可靠性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：制造业是我们国家经济增长的支柱产业,作为一个比较传统的领域,它目前已经建立了比较系统的理论体系,积累了丰富的实践经验,但随着科学技术水平的提高,机械制造业面临着新的挑战,迫使机械制造技术正在朝自动化、柔性化、精密化、信息化和智能化方向发展。铣削加工是应用比较广泛的加工方式,随着先进制造技术的发展,对铣削加工的稳定性、可靠性提出更高的要求。在实际铣削加工中,加工系统颤振和刀具失效是影响铣削加工效率、精度、质量以及稳定性和可靠性的重要因素。 因此,本课题从加工系统稳定性及刀具可靠性两个方面,以加工工艺参数优化和提高刀具可靠性为主线,通过铣削加工系统颤振的分析、铣削加工成形过程的有限元分析、铣削刀具的状态监测以及刀具可靠性回归分析,对铣削加工系统稳定性和刀具可靠性问题进行了研究。 首先,通过建立铣削过程动力学方程,基于ZOA法,利用模态试验与切削力系数辨识试验,求解获得了铣削加工系统的稳定性叶瓣图；并在此基础上为了更深刻地研究金属铣削原理以及刀具磨损,采用有限元分析方法,按多步建模的思想,对铣削加工过程进行仿真模拟,获得了铣削加工切屑形貌特征、切削力、切削温度等切削特征参数,并利用磨损子程序计算获得刀具磨损量,按正交试验的方法分析讨论了切削参数对刀具磨损的影响,分析发现进给速度和切削厚度对刀具磨损影响较显著,为实际加工中切削参数优化与提高刀具寿命提供了理论帮助。其次,通过对声发射能量、金属切削参数、刀具磨损三者之间定量关系的讨论,确定采用声发射信号对金属切削加工中刀具的状态进行监测。在声发射信号处理中,采用了小波包分析方法,通过对声发射信号小波包分解、包络分析、以及小波能量谱的分析,得出了刀具磨损的故障频率特征,基于此特征开发了铣刀状态在线监测系统。并在此基础上,结合刀具寿命试验,通过切削过程声发射信号的小波包分解,提取小波能量特征向量,并结合切削力,采用Logistic回归模型对刀具可靠性进行了评估。 通过以上研究,系统地分析了铣削加工系统稳定性与刀具可靠性的问题,提出了提高铣削加工系统稳定性与刀具可靠性的方法,并通过实验验证了研究成果的可行性。
【关键词】：颤振 有限元分析 刀具磨损 声发射 可靠性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究课题背景10-11
• 1.2 本课题相关技术研究现状11-15
• 1.2.1 铣削加工稳定性研究现状11-12
• 1.2.2 铣削加工有限元分析研究现状12-13
• 1.2.3 刀具失效在线监测研究现状13-15
• 1.2.4 具可靠性评估方法研究现状15
• 1.3 论文研究的主要内容15-18
• 2 铣削加工稳定性分析18-38
• 2.1 铣削颤振基本原理18-19
• 2.2 颤振稳定性图简介19-20
• 2.3 动态铣削过程动力学建模20-26
• 2.3.1 动态铣削力建模20-22
• 2.3.2 动态切削厚度建模22-24
• 2.3.3 基于再生颤振原理的动态铣削力模型24-25
• 2.3.4 铣削加工颤振稳定性计算25-26
• 2.4 铣削颤振稳定性叶瓣图的构建26-33
• 2.4.1 基于模态实验的刀具-机床系统参数识别26-29
• 2.4.2 铣削力系数辨识试验29-31
• 2.4.3 铣削稳定性叶瓣图31-33
• 2.5 铣削颤振稳定性的试验验证33-37
• 2.6 小结37-38
• 3 铣削刀具磨损有限元分析38-54
• 3.1 DEFORM软件介绍38-39
• 3.2 铣削过程有限元理论基础39-45
• 3.2.1 刚-(粘)塑性有限元法39-41
• 3.2.2 材料本构方程41-42
• 3.2.3 切屑分离准则42
• 3.2.4 网格划分技术42-44
• 3.2.5 刀具-切屑摩擦模型44-45
• 3.2.6 热力耦合分析技术45
• 3.2.7 刀具磨损模型45
• 3.3 铣削过程有限元仿真多步建模45-49
• 3.3.1 有限元几何建模46-48
• 3.3.2 分析参数设置48-49
• 3.4 铣削有限元计算结果及分析49-53
• 3.4.1 切屑成形形貌预测49
• 3.4.2 切削力预测与验证49-50
• 3.4.3 切削应力与温度分布预测50-51
• 3.4.4 铣削加工参数对刀具磨损的影响51-53
• 3.5 小结53-54
• 4 基于声发射的刀具状态监测54-72
• 4.1 金属切削声发射机理及其检测技术54-57
• 4.1.1 声发射基础理论54-55
• 4.1.2 金属切削声发射机理55-56
• 4.1.3 铣削加工声发射信号特点56-57
• 4.2 声发射信号的小波包分析方法57-59
• 4.2.1 小波包的基本定义58-59
• 4.2.2 子空间的频带59
• 4.2.3 包络分析59
• 4.3 铣削刀具磨损声发射检测试验59-62
• 4.3.1 试验方案60-61
• 4.3.2 声发射检测系统61-62
• 4.4 铣削刀具磨损声发射信号采集与分析62-68
• 4.4.1 声发射信号时域分析63-64
• 4.4.2 声发射信号小波包分析64-68
• 4.5 铣刀状态在线监测系统及现场验证68-71
• 4.5.1 铣刀状态在线监测系统68-69
• 4.5.2 铣刀状态在线监测系统现场验证69-71
• 4.6 小结71-72
• 5 基于Logistic回归模型的铣削刀具可靠性评估72-79
• 5.1 Logistic回归模型72-73
• 5.2 具的可靠性建模及评估73-78
• 5.2.1 刀具寿命试验73-74
• 5.2.2 特征值提取74-77
• 5.2.3 Logistic回归模型建模77-78
• 5.3 小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨大勇,王信义,徐春广,贾玉平;声发射监测刀具破损的抗干扰技术研究[J];北京理工大学学报;1999年06期

2 邓昭帅;孙东明;曹康学;谢兴平;;高速切削刀具磨损的有限元分析[J];工具技术;2010年03期

3 许崇海,艾兴,黄传真;氧化铝基陶瓷刀具切削可靠性研究——基于磨损的刀具可靠性[J];工具技术;1998年01期

4 方刚,曾攀;金属正交切削工艺的有限元模拟[J];机械科学与技术;2003年04期

5 陈保家;陈雪峰;李兵;曹宏瑞;蔡改改;何正嘉;;Logistic回归模型在机床刀具可靠性评估中的应用[J];机械工程学报;2011年18期

6 周小勇,叶银忠;故障信号检测的小波基选择方法[J];控制工程;2003年04期

7 吴金炎;王庆明;;基于热力耦合模型的金属切削过程有限元分析[J];机械;2009年02期

8 马建仓,罗磊;基于小波变换的包络分析[J];西北工业大学学报;1997年02期

9 陈花玲,戴德沛;机床切削颤振的非线性理论研究[J];振动工程学报;1992年04期

10 王海丽,张广鹏,翁德玮,胡德金;基于声发射法的刀具破损特征量的提取[J];江苏机械制造与自动化;2001年04期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 丁烨;铣削动力学—稳定性分析方法与应用[D];上海交通大学;2011年

2 陈勇;平面铣削加工过程虚拟仿真系统的开发及其应用研究[D];华侨大学;2004年

3 宋清华;高速铣削稳定性及加工精度研究[D];山东大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 蔡旺;叶片精锻过程三维热力耦合有限元模拟[D];西北工业大学;2002年

2 陈刚;齿轮和滚动轴承故障的振动诊断[D];西北工业大学;2007年

3 王雯升;遗传小波神经网络及在导航传感器故障诊断中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年

4 李锋锋;基于Logistic回归模型的旋转机械健康状态评估研究[D];北京化工大学;2009年

5 宋健;基于DEFORM-3D的发动机缸体钻削仿真及切削参数优化[D];大连理工大学;2012年

6 程欢欢;不锈钢铣削加工刀具磨损有限元分析与刀具寿命预测[D];大连理工大学;2012年

7 陈萍;基于声发射信号的铣刀故障诊断[D];南昌航空大学;2011年

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本文编号：477065