瞬時銑削力模型參數(shù)辨識及其試驗研究.pdf

1、瞬時銑削力預測作為銑削參數(shù)優(yōu)化、刀具磨損和破損監(jiān)控、銑削穩(wěn)定性分析及加工表面誤差預報的基礎，對提高數(shù)控加工效率和加工精度具有重要的意義。而瞬時銑削力模型中的瞬時切削力系數(shù)及刀具偏心跳動等參數(shù)對預測精度起著至關重要的作用。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究等手段，對瞬時銑削力模型參數(shù)辨識進行了系統(tǒng)的研究。
　　 以立銑加工為對象，分析了Ⅰ型與Ⅱ型銑削的刀-屑接觸特點，基于延遲單位階躍函數(shù)給出了刀-屑接觸區(qū)的統(tǒng)一表示。將切削力系數(shù)

2、分為瞬時切削力系數(shù)，瞬時平均切削力系數(shù)和平均切削力系數(shù)三種，建立了相應的瞬時銑削力模型。分析了刀具偏心跳動、刀具變形及進給系統(tǒng)剛度對瞬時切削厚度的影響，建立了數(shù)學模型，推導并給出三種瞬時切削厚度的計算方法。
　　 分析了切削加工模擬的關鍵技術，依據(jù)銑削過程中微元切削刃的切削狀態(tài)，建立了三維斜角切削的有限元模型，利用該模型對A16061-T6的斜角切削過程進行了模擬，分析了切削力變化以及切削溫度分布規(guī)律。利用不同切削厚度的模擬結(jié)果

3、，采用回歸分析方法建立了切削力系數(shù)與切削厚度的指數(shù)關系，實現(xiàn)了瞬時切削力系數(shù)的有限元法識別。利用辨識結(jié)果對瞬時銑削力進行預測，并與基于刀具實體模型模擬的銑削力以及實測銑削力進行對比，結(jié)果表明斜角切削有限元模擬方法可以有效獲取瞬時切削力系數(shù)。
　　 基于實測銑削力，研究了瞬時切削力系數(shù)與刀具偏心跳動參數(shù)的分步與同步辨識方法。在分步辨識中，基于多次試驗，利用平均銑削力實現(xiàn)了瞬時切削力系數(shù)辨識；基于單次試驗，從實測銑削力分離出名義銑削

4、力，利用名義銑削力實現(xiàn)了瞬時切削力系數(shù)辨識。在此基礎上，以預測銑削力與實測銑削力最小方差作為判定條件，利用一維搜索辨識出刀具偏心跳動參數(shù)；另外，通過解析計算提出一種獨立于切削力系數(shù)的刀具偏心跳動參數(shù)近似求解方法。在同步辨識中，提出兩種辨識方法，第一種方法利用一維搜索方法同時確定了刀具偏心跳動參數(shù)和瞬時切削力系數(shù)；第二種方法將粒子群算法引入到瞬時銑削力模型參數(shù)辨識中，針對標準粒子群的不足，采用拋物線形式的非線性遞減慣性權(quán)重和概率分布密度函

5、數(shù)，提出了一種改進粒子群算法，從而提高了算法辨識瞬時銑削力模型參數(shù)的全局搜索能力。最后，通過銑削試驗對所提出的算法進行了實現(xiàn)與驗證，證實了幾種算法的有效性和一致性。
　　 分析了表面誤差的形成過程，提出了利用兩次試驗的表面誤差分離出刀具變形的方法。在此基礎上，進一步提出基于表面誤差的瞬時銑削力模型參數(shù)辨識方法，從而消除了其它因素對辨識結(jié)果和精度的影響。設計了系列銑削試驗，實現(xiàn)了參數(shù)辨識。利用辨識結(jié)果對“細長”刀具加工過程中的瞬時