【摘 要】
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切削加工过程中的再生颤振是影响零件加工质量、刀具寿命及生产效率的主要因素,对颤振的控制及稳定性预测是机械加工领域面临的重要挑战之一。切削系统本质上是复杂的非线性系统,研究颤振一开始用的是线性系统分析稳定性,这种分析方法比较简单,无法解释铣削颤振中发生的很多现象,故非线性切削系统的研究开始变得更加普遍,对其中非线性因素的考虑是对非线性切削系统研究的关键,非线性切削力是切削系统非线性的一个非常重要的原
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(No.51675091);
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切削加工过程中的再生颤振是影响零件加工质量、刀具寿命及生产效率的主要因素,对颤振的控制及稳定性预测是机械加工领域面临的重要挑战之一。切削系统本质上是复杂的非线性系统,研究颤振一开始用的是线性系统分析稳定性,这种分析方法比较简单,无法解释铣削颤振中发生的很多现象,故非线性切削系统的研究开始变得更加普遍,对其中非线性因素的考虑是对非线性切削系统研究的关键,非线性切削力是切削系统非线性的一个非常重要的原因。因此论文围绕非线性切削力的铣削颤振稳定性预测展开研究,主要研究内容包括:(1)首先研究了考虑非线性切削力(三次多项式切削力)的单自由度颤振系统的动力学模型,然后采用多尺度法对非线性动力学系统进行求解,得到了稳定性叶瓣图,之后,重点对考虑非线性切削力参数进行了研究,系统的稳定性受非线性切削力参数的影响,随着非线性切削力参数的增大,系统的稳定区域减少,不稳定区域扩大。再者,外力振幅对振动放大及其稳定性的影响。此外,外部激励的频率的和主轴转速变化会影响幅值变化曲线的斜率以及系统是否有稳定的解。(2)对于两自由度铣削加工系统的模型,用全离散法对其动力学模型进行颤振稳定性分析,随后考虑一般三次多项式切削力时的情况,用多尺度法进行求解,并研究了结构和切削力非线性对铣削系统稳定性的影响,随着非线性切削力系数的增大,不稳定区域扩大,非线性刚度系数的增大,叶瓣图稳定区域扩大,不稳定区域减小。并对线性切削力模型和一般多项式切削力模型进行对比。(3)分别研究了指数瞬时切削力和指数平均切削力模型,并分别用单频法和多频法对其动力学模型进行求解,得到的两种方法的仿真结果具有较好的一致性,然后分析随着非线性切削力系数,切削厚度指数、径向浸入比RI等不同的参数的增大,稳定性叶瓣图稳定区域减小,随着结构阻尼系数的增大,稳定性叶瓣图稳定区域扩大。对四种切削力模型的对比,这四种形式切削力模型,稳定性叶瓣图的区域最大的是线性切削力模型,其次是指数瞬时切削力模型和指数平均切削力模型,这两种切削力模型的稳定性叶瓣图很接近,最后是一般多项式切削力模型。
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