铣削加工颤振稳定性分析和颤振辨识研究

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铣削加工作为一项被广泛应用的加工手段,在航空、航天制造业中扮演重要角色。但铣削加工中由于选用了不合适的加工参数,将导致铣削加工过程出现颤振,损害工件的加工质量与加工效率。目前,针对铣削加工颤振问题,研究工作主要集中于铣削加工颤振稳定性分析于颤振监测两方面。通过预测稳定性加工区域,合理地选择加工参数,从而避免颤振的发生;颤振监测工作在考虑稳定性分析结果的误差后,能更好地适用于实际工程领域,对颤振信息进行及时的辨识与预警,从而及时调整加工参数。本文围绕铣削加工过程的颤振问题,从铣削力建模与铣削力系数标定、铣削加工稳定性分析及颤振辨识与监测等三个方面展开了如下工作:第一,针对铣削力的精准预测问题,本文考虑了铣削力系数随瞬时未切削深度非线性变化的因素,建立了非线性铣削力模型,并提出了一种基于瞬时铣削力的铣削力系数辨识和偏心参数标定方法。通过实验表明,相较于经典的基于线性模型的平均法,本文提出的基于非线性模型的平均法与基于非线性模型的瞬时辨识法具有更好的计算精度与计算效率。第二,研究铣削加工过程的稳定性问题,提出了基于复合辛普森公式的稳定性分析方法。此方法采用复合辛普森公式计算铣削周期间的状态转移矩阵,利用Floquet稳定性分析理论分析状态转移矩阵,从而判断铣削加工稳定性。第三,考虑到实际加工过程的情况,无法通过稳定性叶瓣图完全规避加工过程的颤振现象。因此,针对颤振辨识与监测问题,本文提出了基于形态学经验小波变换的铣削颤振监测方法。该方法利用分解信号的能量熵作为颤振监测指标,实现了颤振的早期辨识与预警,并具有良好的灵敏度。本文对铣削加工中的颤振问题,分别对铣削力的精准预测、铣削加工稳定性以及颤振辨识与监测等问题进行深入研究与分析,采用理论推导与仿真验证、实验验证相结合的研究思路,本文的研究结果对于未来的铣削动力学研究具有一定的意义。
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