考虑非线性过程阻尼的铣削过程动力学建模及仿真分析

发布时间：2017-08-04 14:41

  本文关键词：考虑非线性过程阻尼的铣削过程动力学建模及仿真分析

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【摘要】：由于兼备高精度与高效率,高效切削技术已在航空航天、轨道交通、汽车等领域的零件加工中被广泛使用。颤振是制约高性能铣削的重要因素,通过对铣削加工过程进行动力学分析与建模,揭示铣削加工过程的特性与规律,采用科学合理的工艺参数,可望实现高效无颤振切削。由于过程阻尼效应在低速时尤为显著,因此要实现钛合金、镍基合金等航空难加工材料的高效铣削时,需要建立考虑过程阻尼影响的铣削动力学模型。本文拟针对考虑过程阻尼影响的铣削动力学建模开展研究,其主要内容如下:将铣削系统简化为二自由度振动系统,在圆柱螺旋铣刀动力学建模技术的基础上,考虑铣削过程中的再生切削效应,构建铣削加工过程动力学模型。在此基础上,分析过程阻尼产生机理,揭示过程阻尼效应与切削参数的关系,对过程阻尼力进行建模与求解,最后将过程阻尼纳入到铣削加工动力学模型中进行数值求解。基于用于求解铣削稳定性的经典半离散方法,提出了用于求解考虑过程阻尼影响的铣削动力学模型的改进半离散方法,由于该方法采用二分法对离散区间进行迭代处理,因此其计算效率更高。通过Matlab GUI编程实现了考虑过程阻尼影响的铣削稳定性预测程序的开发。基于考虑过程阻尼的铣削颤振稳定性预测分析,通过选取稳定点与颤振点处的切削参数进行仿真分析,得到了刀尖点时域位移信号及相平面图,进而揭示其中蕴含的动力学现象及其本质,并进一步分析过程阻尼对铣削稳定性的影响。最后,通过切削力系数辨识实验和模态参数辨识实验获得了进行铣削加工动力学仿真所需的切削力系数及工艺系统模态参数;通过颤振验证试验,验证了文中所构建模型及其求解方法的正确性。
【关键词】：颤振 过程阻尼 铣削稳定性 半离散法 非线性动力学
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 论文研究的背景及意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 论文的研究背景9-10
• 1.1.3 论文研究的目的和意义10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 铣削动力学建模及求解方法11-12
• 1.2.2 铣削稳定性研究12
• 1.2.3 非线性铣削过程稳定性研究12-13
• 1.2.4 过程阻尼产生机理与建模13-15
• 1.3 论文的主要研究内容及结构15-16
• 第二章 铣削加工动力学建模与求解16-26
• 2.1 铣削动力学模型16-19
• 2.2 解析算法19-21
• 2.3 半离散方法21-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第三章 考虑过程阻尼影响的铣削动力学建模与求解26-34
• 3.1 过程阻尼产生机理26-27
• 3.2 考虑过程阻尼效应的铣削动力学模型27-30
• 3.3 基于改进半离散方法求解考虑过程阻尼影响的铣削动力学方程30-31
• 3.4 改进半离散法的仿真结果比较分析31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 基于Matlab软件开发仿真应用程序34-45
• 4.1 Matlab开发平台34-35
• 4.2 仿真程序结构及开发35-38
• 4.2.1 理论模型的建立35
• 4.2.2 用户界面设计35-36
• 4.2.3 仿真算法实现36
• 4.2.4 结果输出36-38
• 4.3 考虑过程阻尼的铣削稳定性仿真实例38-40
• 4.3.1 仿真实例38-39
• 4.3.2 仿真结果比较分析39-40
• 4.4 模态参数对考虑过程阻尼的铣削稳定性的影响40-42
• 4.5 过程阻尼参数对考虑过程阻尼的铣削稳定性的影响42-43
• 4.6 本章小结43-45
• 第五章 考虑过程阻尼影响的铣削过程非线性分析45-52
• 5.1 考虑过程阻尼的铣削动力学时滞微分方程45
• 5.2 数值求解45-46
• 5.3 仿真分析46-51
• 5.4 本章小结51-52
• 第六章 实验验证52-59
• 6.1 实验方案及装置52-54
• 6.1.1 模态实验方案及仪器参数52-53
• 6.1.2 切削实验方案及仪器参数53-54
• 6.2 模态实验54-56
• 6.3 切削力系数辨识实验56-57
• 6.3.1 切削力系数辨识模型56-57
• 6.3.2 实验工艺参数及结果57
• 6.4 铣削颤振稳定域验证实验57-58
• 6.5 本章小结58-59
• 第七章 总结与展望59-60
• 参考文献60-63
• 攻读学位期间的主要研究成果63-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 李忠群;刘强;;圆角铣削颤振稳定域建模与仿真研究[J];机械工程学报;2010年07期

2 王民;费仁元;吴季茂;;电流变材料抑振机构动态性能测试与分析[J];机械工程学报;2008年10期

3 李忠群;刘强;;立铣加工颤振稳定性时域求解与分析研究(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2008年02期

4 万敏,张卫红;薄壁件周铣切削力建模与表面误差预测方法研究[J];航空学报;2005年05期

5 任军学,张定华,王增强,刘维伟,汪文虎;整体叶盘数控加工技术研究[J];航空学报;2004年02期

6 ;STUDY ON ELECTRORHEOLOGICAL FLUID DAMPER FOR APPLICATION IN MACHINING CHATTER CONTROL[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2003年01期

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本文编号：620137