【摘 要】
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铣削加工作为机械加工领域的重要组成部分,一直受到国内外众多学者的研究和关注。其作为一种周期非连续性的加工方式,会导致加工过程中颤振现象的发生,这种不利因素会严重降低机床加工质量及加工效率,加剧机床和刀具的磨损,制约着铣削加工的发展。为了在铣削过程中有效预防和控制颤振现象,合理的选择加工参数是解决颤振问题的关键。本文研究的主要内容是根据颤振理论及铣削动力学理论对铣削过程进行稳定性分析去预防颤振的发生
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铣削加工作为机械加工领域的重要组成部分,一直受到国内外众多学者的研究和关注。其作为一种周期非连续性的加工方式,会导致加工过程中颤振现象的发生,这种不利因素会严重降低机床加工质量及加工效率,加剧机床和刀具的磨损,制约着铣削加工的发展。为了在铣削过程中有效预防和控制颤振现象,合理的选择加工参数是解决颤振问题的关键。本文研究的主要内容是根据颤振理论及铣削动力学理论对铣削过程进行稳定性分析去预防颤振的发生,同时在无颤振铣削的基础上建立最大材料去除率及刀具成本的优化参数模型,为实际铣削加工奠定理论基础,使得颤振的稳定性预测更加符合实际需要。(1)采用微元积分法求解切削力,通过计算机仿真的方式得到顺铣和逆铣过程下的切削力变化规律。构建动态切削厚度模型求解两自由度上振动微分方程,并仿真分析出切削力系数与铣刀接触角对平均方向系数的影响情况。(2)分析主轴轴承刚度对切削稳定性的影响规律,将轴承刚度用等效弹簧刚度进行替代,通过有限元软件对主轴进行模态分析和谐响应分析,求解出主轴的前六阶固有模态及不同刚度下的谐响应曲线,结果证明在增加轴承刚度的情况下主轴系统的整体固有频率增加,切削的稳定性曲线发生右移。采用解析法编写仿真算法绘制稳定性叶瓣图,同时分析机床固有频率、阻尼比、刚度、刀具齿数及工件材料对切削稳定性的影响规律。(3)采用完全离散法中研究稳定性切削过程中考虑再生效应及阻尼效应对稳定性的影响情况。分别仿真在考虑过程阻尼和不考虑过程阻尼情况下稳定性叶瓣曲线变化情况,得出考虑过程阻尼会使叶瓣曲线在低速切削中的稳定区域增加,同时还分析出刀具浸入比在不同螺旋角下对叶瓣曲线的影响规律,得出增大浸入比会减小机床-刀具系统在切削过程中不稳定岛的出现。(4)为了在不发生颤振的基础上的得到材料的最大去除率及最小的加工成本,建立了以半离散法作为不发生颤振的动态约束条件,构建了关于材料去除率、刀具成本及机床能耗的综合加权函数模型,将机床的主轴转速、轴向切削深度、径向切削深度、表面粗糙度及主轴功率等作为约束条件,通过对加权函数采用模拟退火算法进行全局寻优的方式实现在无颤振条件下的参数优化。
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