薄壁结构件铣削加工稳定性分析研究

发布时间：2017-09-15 15:37

  本文关键词：薄壁结构件铣削加工稳定性分析研究

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【摘要】：薄壁零件在高速铣削下由于低刚度、时变动态特性和高阶动态特性的影响,极易发生颤振,导致加工工件表面质量差、加工效率低下。本文主要围绕薄壁件铣削稳定性展开如下的研究:本文针对薄壁件铣削刚度随进给不断变化且多模态耦合作用的特点,在传统的集中参数模型基础上建立刀具—工件铣削系统的多模态、变刚度动力学方程。针对频域解析法不能考虑铣削过程中非线性因素的影响,采用直接时域积分和庞加莱截面相结合判断系统稳定性。构建立了薄壁梁的关于进给位置、转速和轴向切深的三维稳定极限图。并分析了转速和进给位置构成的二维平面中,不同阶模态各自起主导作用的区域。此外,还采用了基于半解析的全离散法,分析了薄壁件铣削过程的失稳机制。为了验证理论分析结果,对两端固支的薄壁梁进行了铣削加工试验研究。结果表明随着进给位置的改变,工件呈现完全不同的表面形貌,且由周期铣削力导致的强迫振动与由再生颤振形成的工件表面形貌完全不同,与理论分析结果趋势一致。针对薄壁框模型的铣削动力学分析,本文首先应用有限元分析对离散加工进行响应分析,提取加工点处的频响函数得到离散分布的动力学参数。再对参数进行指数函数拟合,得到随进给过程的刚度变化函数。然后建立薄壁件关于进给位置、主轴转速和轴向切深的三维稳定瓣图,并阐述了再生效应、工件进给位置与稳定性之间的关系。
【关键词】：薄壁铣削 稳定性 变刚度 模态耦合 时滞
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 概述11-12
• 1.2 国内外发展与研究现状12-19
• 1.2.1 铣削动力学建模及稳定性预测12-14
• 1.2.2 薄壁件铣削加工模型14-17
• 1.2.3 目前亟待解决的铣削问题和新的研究方向17-19
• 1.3 本文的研究方法与意义19
• 1.4 研究内容19-21
• 第二章 薄壁件铣削稳定性分析21-53
• 2.1 引言21-22
• 2.2 铣削动力学模型22-28
• 2.2.1 薄壁铣削模型22-23
• 2.2.2 动态铣削力的建立23-25
• 2.2.3 薄壁梁铣削变刚度参数分析25-26
• 2.2.4 考虑薄壁件多阶模态下的铣削动力学模型26-28
• 2.3 铣削时域模拟28-31
• 2.3.1 薄壁梁模态参数分析28-29
• 2.3.2 时域仿真29-31
• 2.4 薄壁铣削三维稳定性分析31-44
• 2.4.1 基于频域法的三维稳定性分析31-33
• 2.4.2 基于直接时域积分的稳定性分析33-40
• 2.4.3 全离散法稳定性分析40-44
• 2.5 失稳机制44-47
• 2.6 材料去除对铣削稳定性的影响47-51
• 2.6.1 无颤振最大材料去除率47-49
• 2.6.2 考虑材料去除的铣削稳定性分析49-51
• 2.7 本章小结51-53
• 第三章 薄壁梁铣削加工试验分析53-71
• 3.1 引言53
• 3.2 试验仪器及设计53-54
• 3.3 工件模态试验54-55
• 3.4 工件铣削加工试验55-69
• 3.4.1 铣削试验步骤55-56
• 3.4.2 试验结果及信号分析56-65
• 3.4.3 表面形貌65-69
• 3.5 本章小结69-71
• 第四章 薄壁框模型71-87
• 4.1 引言71
• 4.2 薄壁框铣削动力学模型71-78
• 4.2.1 薄壁框模型有限元参数识别71-76
• 4.2.2 刀具—工件系统铣削动力学方程76-78
• 4.3 薄壁框的稳定性分析78-85
• 4.3.1 刀具不同加工位置处三维稳定性78-80
• 4.3.2 薄壁件高阶动态特性对稳定性的影响80-82
• 4.3.3 多重再生对稳定性的影响82
• 4.3.4 数值仿真及其动态特征82-85
• 4.4 本章小结85-87
• 第五章 总结与展望87-89
• 5.1 主要工作总结87-88
• 5.2 工作展望88-89
• 参考文献89-95
• 致谢95-97
• 硕士期间发表或已录用的论文97

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本文编号：857391