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传统车削技术存在切削温度过高、刀具磨损严重、切屑缠刀等一系列技术缺陷,此外,在使用重型车床切削大型回转体零件时,还伴随有所需功耗过大、加工效率过低、切削力较大等各种问题。针对大型回转体零件的切削加工问题,并结合高速切削加工的原理及其国内外研究现状,提出了高速脉动车削技术。高速脉动车削技术不仅可以实现低成本的高速切削,而且能够解决大型回转体零件的高速切削加工问题。本文以高速脉动车削技术为研究方向,开展了研究工作。 本文的主要研究内容如下: 首先,对高速脉动车削技术开展了基础理论研究。对传统车削中的主轴进行了动力学分析,推导了主轴的功耗关系,发现主轴的输入功率与主轴质量、转速和长度成正比,与直径的三次方成正比。设计了多种高速脉动车削刀具,并对其静态角度进行了分析。建立了高速脉动车削的切削模型,分析了高速脉动车削的主运动、进给运动、切深运动以及合成切削运动,发现无需提高主轴转速,只需要通过刀具的旋转运动,也能达到较高的切削速度。研究了高速脉动车削的切削力和切削功率,并计算了刀具与工件的最大接触角度与最大接触时间,发现刀具与工件的最大接触时间与主轴转速无关。 随后,根据高速脉动车削技术的原理,制定了高速脉动车削试验系统的总体方案,搭建了试验系统的机械部分,设计了试验系统的控制部分,并研制成功了高速脉动车削试验系统的原型机。 然后,对高速脉动车削技术开展了试验研究。确定了高速脉动车削试验所采用的试验参数,提出了通过电流的测量来计算试验功率的方法。对6061铝合金、304不锈钢、塑料和硅胶等材料进行了高速脉动车削试验,发现高速脉动车削可以切削各种不同性能的材料,产生的切屑为断屑。对高速脉动车削功率进行了研究,发现可以通过电机功率的变化量来定性地表征总切削力的大小,并比较了两种工况下不同切削方式的功率,发现高速脉动车削的主轴功率较传统车削的主轴功率分别下降了约42.29%和21.69%。 进一步,进行了高速脉动车削单参数试验,发现主轴功率变化量较小,而刀具功率变化量较大。研究了刀具功率变化量与试验参数的关系,发现刀具功率变化量与背吃刀量和进给速度成正相关,与主轴转速成负相关。研究了工件表面粗糙度与试验参数的关系,发现工件表面轴向线粗糙度与背吃刀量和进给速度均成正相关,与主轴转速成负相关,此外,工件表面周向线粗糙度与主轴转速、背吃刀量以及进给速度均成正相关。进行了高速脉动车削6061铝合金以及304不锈钢的多参数试验,并通过多元线性回归,推导了刀具功率变化量的经验公式,发现背吃刀量、进给速度、主轴转速对刀具功率变化量的影响程度依次递减。 最后,对全文内容进行了总结,讨论了高速脉动车削技术的不足和改进的方向,并阐述了该技术的应用前景。