航空發(fā)動(dòng)機(jī)又稱之為葉片機(jī),所以葉片的制造品質(zhì)直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能和服役壽命。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比、涵道比及服役壽命要求的不斷提高,葉片結(jié)構(gòu)更趨復(fù)雜（如薄壁、彎掠、寬弦）,其材料更難加工、制造精度和表面質(zhì)量要求更高,這對(duì)葉片制造技術(shù)提出了更為苛刻的要求。目前,多軸數(shù)控加工技術(shù)仍然是航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)葉片采用的主要制造方法。然而,在葉片精密數(shù)控銑削過程中,由于材料難切削、零件剛性差、切削過程動(dòng)態(tài)特性時(shí)變性強(qiáng)等因素使得葉片加工時(shí)極易出現(xiàn)顫振現(xiàn)象,從而導(dǎo)致葉片的加工精度低和表面質(zhì)量差。因此,精確建立薄壁葉片銑削過程動(dòng)力學(xué)模型,從理論上提出有效的顫振抑制策略,是實(shí)現(xiàn)此類零件高效高質(zhì)加工的關(guān)鍵。本文以航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片為對(duì)象,針對(duì)其高品質(zhì)數(shù)控銑削穩(wěn)定加工所涉及的時(shí)變工藝系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模、時(shí)變模態(tài)參數(shù)預(yù)測(cè)、刀具位姿及工藝剛度優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)開展了研究。論文的主要研究內(nèi)容和取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:1.建立了薄壁葉片銑削單柔性工藝系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型:在分析薄壁件銑削工藝模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了銑削工藝系統(tǒng)類型劃分與動(dòng)力學(xué)建模;針對(duì)薄壁葉片銑削工藝系統(tǒng),依據(jù)柔性工藝系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型劃分準(zhǔn)則,在考慮刀軸矢量對(duì)穩(wěn)定... 

【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與葉片示意圖

圖 1-2 薄壁件—葉片穩(wěn)定銑削中的關(guān)鍵性問題(1)薄壁件銑削工藝系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模薄壁件銑削過程中，刀具對(duì)工件斷續(xù)的銑削和工件的不均勻會(huì)引起動(dòng)態(tài)變化的切削力，這種周期性的切削力又會(huì)引起薄壁件的振動(dòng)，而工件的振動(dòng)通過改變切削厚度又反饋到切削力上，這種時(shí)變動(dòng)態(tài)交互機(jī)制很可能造成薄壁件在材料去除時(shí)，引起薄壁件工藝系統(tǒng)的失穩(wěn)。因此，對(duì)于薄壁件多軸加工而言，需要綜合考慮工件子系統(tǒng)不同位置剛度和刀軸矢量變化特點(diǎn)，建立具有多模態(tài)、時(shí)變動(dòng)態(tài)特性的銑削加工系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并分析薄壁件銑削加工穩(wěn)定性及失穩(wěn)機(jī)制。(2)薄壁件銑削動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)薄壁件工藝系統(tǒng)銑削加工中，由于薄壁件材料的去除過程會(huì)引起其結(jié)構(gòu)參數(shù)顯著變化。而快速有效的辨識(shí)出銑削過程中子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和模態(tài)參數(shù)及系統(tǒng)失穩(wěn)條件是整個(gè)工藝系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)精確仿真與預(yù)測(cè)的關(guān)鍵。因此，需在考慮材料去除效應(yīng)、刀具位置等因素對(duì)工件動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響下，基于工件初始狀態(tài)模型和結(jié)構(gòu)動(dòng)力修正技術(shù)，建立一種快速、準(zhǔn)確提取切削過程中工件動(dòng)力學(xué)參數(shù)，反應(yīng)系統(tǒng)本質(zhì)動(dòng)態(tài)特性與穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)方法。

前期很多學(xué)者已經(jīng)做了大量研究，Taylor 首先對(duì)顫振進(jìn)行了描述，隨后 Tobias、Fishwick、Tlusty、Polacek、Merritt、Altintas 和 Budak 等給出了再生顫振的基本概念，他們普遍認(rèn)為再生顫振是由于切屑厚度、切削力和隨后的刀具振動(dòng)變化引起的一種自激振動(dòng)的反饋增長機(jī)制。他們通過對(duì)銑削工藝過程分析，建立了時(shí)間周期和時(shí)間延遲的線性系統(tǒng)的微分方程，并提出 SLD 穩(wěn)定域葉瓣圖[14-20]。接著 Altintas 等[21]在頻域內(nèi)提出了利用零階近似來直接預(yù)測(cè)穩(wěn)定性的一階解析方法。Merdol 等[22]在此基礎(chǔ)上提出了低浸入多頻域的求解方法。Davies 等[23]利用時(shí)域求解技術(shù)對(duì)高間斷性加工的穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測(cè)。Insperger 等[24]提出了半離散化方法(SDM)，它只對(duì)動(dòng)力學(xué)方程中的延遲項(xiàng)進(jìn)行離散化，并將原來的延遲微分方程(DDE)轉(zhuǎn)化為一系列常微分方程。該方法提高了低浸入穩(wěn)定性仿真精度，廣泛用于各種銑削加工的穩(wěn)定性預(yù)測(cè)。Ding 等[25]基于直接積分的方法提出了全離散化(FDM)方法和數(shù)值積分法(NIM)。從文獻(xiàn)可以看出，前期研究主要集中在刀具、工件組成工藝系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型建立準(zhǔn)確性與延遲微分方程求解方面。對(duì)薄壁件而言切削過程中由于刀具和工件相對(duì)位置及過程模態(tài)時(shí)變性、遲滯性并未做考慮。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于過程模態(tài)的薄壁件銑削穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)研究[J]. 田衛(wèi)軍,任軍學(xué),李郁,王大振,張寶剛.  機(jī)電工程. 2018(07)
[2]寬頻帶多重動(dòng)力吸振器薄壁件銑削振動(dòng)控制[J]. 王民,劉宇男,昝濤,高相勝,張彥琳.  振動(dòng)與沖擊. 2018(10)
[3]基于PVDF薄膜傳感器的薄壁件銑削振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)與分析[J]. 劉冬生,張定華,羅明,羅歡.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(17)
[4]航空薄壁件銑削加工動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)[J]. 楊昀,張衛(wèi)紅,黨建衛(wèi),鄭小偉,萬敏.  航空制造技術(shù). 2018(07)
[5]薄壁機(jī)匣銑削加工顫振抑制研究[J]. 馬鵬舉,徐汶,高延,李文,鄭學(xué)著,葉成思.  航空制造技術(shù). 2018(11)
[6]變螺旋銑刀切削力建模及影響因素分析[J]. 靳剛,李華,韓建鑫,李棟,戚厚軍.  機(jī)械強(qiáng)度. 2017(04)
[7]基于混合算法的薄壁件銑削加工工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 曾莎莎,彭衛(wèi)平,雷金.  中國機(jī)械工程. 2017(07)
[8]基于非均勻余量的整體葉輪加工工藝優(yōu)化策略[J]. 吳雁,呂博鑫,呂仕強(qiáng),鄭剛,張杰人.  航空制造技術(shù). 2017(05)
[9]航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片關(guān)鍵制造技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 劉維偉.  航空制造技術(shù). 2016(21)
[10]航空薄壁件加工技巧[J]. 郭萍.  山東工業(yè)技術(shù). 2016(20)

博士論文
[1]整體葉盤通道多軸加工刀具尺寸及空間位姿優(yōu)化方法[D]. 梁永收.西北工業(yè)大學(xué) 2016
[2]薄壁曲面零件數(shù)字化制造優(yōu)化技術(shù)研究[D]. 趙東宏.江蘇大學(xué) 2016
[3]變齒距/變螺旋銑刀切削穩(wěn)定性理論與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 靳剛.天津大學(xué) 2013
[4]鋁合金整體葉輪數(shù)控銑削加工增效關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 布光斌.南京航空航天大學(xué) 2010
[5]高速銑削過程動(dòng)力學(xué)建模及其物理仿真研究[D]. 劉志新.天津大學(xué) 2006

碩士論文
[1]運(yùn)動(dòng)學(xué)特性約束下曲面高速進(jìn)給數(shù)控加工軌跡規(guī)劃[D]. 張風(fēng)磊.北京交通大學(xué) 2017
[2]鈦合金薄壁件腹板加工工藝參數(shù)優(yōu)化[D]. 劉楊.西南交通大學(xué) 2016
[3]薄壁框類零件高速銑削穩(wěn)定域分析及銑削工藝參數(shù)優(yōu)化[D]. 張珠峰.燕山大學(xué) 2016
[4]銑削過程力學(xué)建模與刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)方法研究[D]. 王雷.天津大學(xué) 2016
[5]動(dòng)力學(xué)特性約束下葉輪數(shù)控加工刀位軌跡規(guī)劃[D]. 楊智敏.北京交通大學(xué) 2014
[6]基于幾何特征的加工余量優(yōu)化及仿真研究[D]. 李相標(biāo).西南交通大學(xué) 2013
[7]多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工球頭銑刀銑削力建模與仿真[D]. 丁云鵬.哈爾濱理工大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3489104