變齒距-變螺旋銑刀切削穩(wěn)定性理論與實驗研究.pdf

1、銑削加工作為一種先進的加工技術(shù),廣泛應用于航空、航天、船舶、模具及汽車等領(lǐng)域。該領(lǐng)域要求從金屬結(jié)構(gòu)中切除大量金屬材料且保證加工過程的高效性和精確性。銑削顫振是發(fā)生在加工過程中的一種自激振動現(xiàn)象,該現(xiàn)象加劇刀具磨損,減小加工中心的使用壽命,降低工件表面加工精度,嚴重制約加工中心的使用效率。作為一種較好的顫振穩(wěn)定性被動控制方法,變齒距或變螺旋銑刀切削穩(wěn)定性性研究以優(yōu)化加工參數(shù)和刀具結(jié)構(gòu)實現(xiàn)加工過程無顫振材料最大去除率為目標,因此,開展該問題

2、系統(tǒng)、深入的研究對提高實際加工生產(chǎn)率,對于增強我國制造業(yè)的競爭力具有重大的實用價值。
　　銑削動態(tài)切削厚度的再生效應是誘發(fā)顫振的主因。目前國內(nèi)外學者對銑削過程穩(wěn)定性分析的工作主要集中于此主題。鑒于此,本文將借助于理論分析和試驗研究,基于再生顫振理論開展變齒距或變螺旋銑刀切削穩(wěn)定性研究,旨在發(fā)展和完善該領(lǐng)域切削理論,實現(xiàn)穩(wěn)定性快速預測,主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)考慮到刀齒瞬態(tài)切削力與刀具螺旋引發(fā)的切削域之間的關(guān)系,提出了考

3、慮刀齒螺旋特性的積分切削力簡化模型。基于該模型和改進的半離散法提出了適用于變齒距銑刀切削穩(wěn)定性的預測模型。理論模型的正確性通過與前人工作的對比和銑削實驗得到了驗證。此外,基于上述預測模型,深入研究了齒距類型、齒數(shù)和刀具螺旋角等因素對銑削穩(wěn)定性的影響。
　　(2)基于銑削系統(tǒng)狀態(tài)項的離散與插值,提出了變齒距銑刀切削穩(wěn)定性高效預測算法。該方法的核心思想是在離散的旋轉(zhuǎn)周期時間域上,對方程中的時滯狀態(tài)項進行拉格朗日插值,對位移狀態(tài)項進行埃

4、爾米特插值,獲得方程的離散映射形式進而確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性域。該算法的優(yōu)勢是:1)在保證數(shù)值精度的前提下,較之于現(xiàn)有通用算法的半離散法,該算法對于變齒距銑刀切削系統(tǒng)穩(wěn)定性預報的計算效率可以提高約78％;2)該方法也適用于其他含有多時滯項的動力學系統(tǒng)的穩(wěn)定性求解。
　　(3)提出了適用于變螺旋銑刀切削穩(wěn)定性的半解析預測模型。該模型主要由系統(tǒng)變時滯向多時滯轉(zhuǎn)化方法和為適應時滯隨離散點時變而提出的半離散求解算法兩部分組成。數(shù)值計算結(jié)果表明,

5、較前人的算法,該算法具有更好的計算精度和收斂速度。模型的有效性通過實驗得到了驗證。同時,基于該預測模型,考察了銑刀端部齒距線性變化和交替變化、變螺旋角和齒數(shù)等因素組合效應對銑削穩(wěn)定性的影響。此外,以該預測模型為基礎(chǔ),將切削力方向系數(shù)平均思想融入其中,提出了高效變螺旋銑刀切削穩(wěn)定性預測模型,該模型較原有模型計算效率進一步提高,但由于該模型未考慮切削力方向系數(shù)的時變特性,因此在穩(wěn)定性預測過程中會造成一些誤差。
　　(4)基于Altin