【摘要】：銑削加工技術作為一項常見的機械加工方法,被廣泛應用于航空、航天、海洋工程等裝備制造業(yè)。但是在銑削加工過程中,常常會因為選用不合理的加工參數(shù)而導致銑削顫振的發(fā)生,從而影響加工精度和生產(chǎn)效率。特別是對于薄壁結(jié)構而言,由于其自身剛度相對較低,在加工過程中更容易誘發(fā)顫振。為了避免和抑制銑削顫振的發(fā)生,需要系統(tǒng)性地探討影響銑削系統(tǒng)穩(wěn)定性的各種因素,建立快速有效的穩(wěn)定域計算方法,發(fā)展面向工程應用的銑削顫振控制策略。目前,針對銑削顫振問題的研究工作主要集中在銑削過程穩(wěn)定性分析和顫振控制兩方面。通過預測加工過程的穩(wěn)定域,可以為優(yōu)化加工參數(shù)、避免銑削顫振的發(fā)生提供理論依據(jù)。顫振控制的研究工作則主要集中在運用主動或被動的控制方法提高加工過程的穩(wěn)定域,達到無顫振銑削和提高生產(chǎn)效率的目的。本文圍繞薄壁結(jié)構銑削加工過程中的顫振問題,從銑削力系數(shù)標定、銑削穩(wěn)定性預測、薄壁結(jié)構銑削動力學分析及顫振抑制研究等幾個方面開展了如下工作:第一,針對銑削過程中銑削力的預測問題,本文提出了一種可以同時標定銑削力系數(shù)及偏心參數(shù)的方法。該方法考慮銑刀的偏心效應,建立了瞬時銑削力與銑削力系數(shù)之間的數(shù)學關系,最終采用循環(huán)迭代的方法實現(xiàn)銑削力系數(shù)及偏心參數(shù)的標定。實驗結(jié)果表明,和目前通用的平均法相比,該方法具有更高的計算精度和計算效率。第二,針對銑削過程穩(wěn)定域的計算問題,本文提出了基于數(shù)值積分法的銑削過程穩(wěn)定域預報方法。該方法將時滯微分方程的求解過程視為常微分方程的初值問題,在采用數(shù)值積分公式獲得了相鄰兩個銑削周期的狀態(tài)傳遞矩陣之后,基于Floquet理論,實現(xiàn)了銑削過程穩(wěn)定性的預測。另外,考慮到銑削加工過程的復雜性,即使嚴格按照穩(wěn)定域瓣圖選取加工參數(shù),也不能完全避免銑削顫振的發(fā)生。因此,針對銑削顫振的在線識別和監(jiān)測問題,本文提出了基于能量集聚效應的銑削顫振監(jiān)測方法。該方法以采樣信號的能量熵和能量分布作為判別銑削狀態(tài)的特征值,實現(xiàn)了銑削顫振的在線監(jiān)測。第三,本文提出了基于液體粘性阻尼的銑削顫振抑制的方法。粘性液體介質(zhì)對銑削系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在三方面:首先,液體的粘性阻尼增加了銑削系統(tǒng)的系統(tǒng)阻尼;其次,由于粘性液體的附加質(zhì)量效應導致銑削系統(tǒng)的固有頻率減小;最后,粘性液體的潤滑作用降低了銑削力系數(shù)。實驗結(jié)果表明,粘性液體介質(zhì)可以有效地避免和抑制銑削顫振的發(fā)生,提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。最后,針對薄壁結(jié)構的銑削顫振問題,本文以懸臂板結(jié)構為研究對象,基于模態(tài)疊加法建立了薄壁結(jié)構銑削動力學方程,采用數(shù)值積分法計算了銑削過程的穩(wěn)定域,探討了銑刀剛度和薄壁結(jié)構截斷模態(tài)對銑削系統(tǒng)穩(wěn)定域的影響。另外,為了實現(xiàn)薄壁結(jié)構的銑削顫振抑制,采用將銑削系統(tǒng)浸入粘性液體介質(zhì)的工藝方法,通過實驗檢驗了該方法對薄壁結(jié)構銑削顫振抑制的有效性。本文針對薄壁結(jié)構銑削加工過程中顫振問題,采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的手段,分別就銑削力預測、銑削穩(wěn)定性分析和顫振監(jiān)測、銑削顫振控制以及薄壁結(jié)構銑削動力學分析等問題開展了深入的探討和研究,研究結(jié)果發(fā)展和豐富了銑削動力學研究的基礎理論及分析方法。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG54
【圖文】：

上海交通大學博士學位論文加工過程中銑削系統(tǒng)常常會失去穩(wěn)定性，從而引起加工缺陷和設備故障。因此薄壁結(jié)構的銑削動力學分析和顫振控制一直以來都是亟待解決的難題。本文針對薄壁結(jié)構銑削過程中的顫振問題，采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的手段，研究了銑削力系數(shù)及偏心參數(shù)的標定方法，提出了加工過程穩(wěn)定性預測和顫振監(jiān)測的方法，探討了銑削顫振抑制的新策略，最后對薄壁結(jié)構銑削動力學問題進行了研究，分析了銑刀剛度對銑削穩(wěn)定域的影響，厘清了薄壁結(jié)構的截斷模態(tài)對銑削顫振的影響規(guī)律。研究結(jié)果對選取及優(yōu)化銑削加工參數(shù)，控制銑削顫振的發(fā)生具有重要意義。

截斷模態(tài)對銑削顫振的影響規(guī)律。研究結(jié)果對選取及優(yōu)化銑削加工削顫振的發(fā)生具有重要意義。圖 1-1 薄壁結(jié)構銑削加工Fig.1-1 Milling process of thin-walled structure內(nèi)外研究現(xiàn)狀

第 4 頁圖 1-3 銑削力的建模方法Fig.1-3 Modelling approach for milling force等人[9]考慮到切削加工過程中存在加工硬化現(xiàn)象，提出了狀剪切區(qū)代替單一剪切面，并考慮了溫度對應變速率的積屑瘤形成條件的預測。對于更為復雜的三維斜角切削型施加相應的坐標變換即可獲得[10]。屑接觸面的摩擦是影響切削力和切屑形態(tài)的關鍵因素。一摩擦系數(shù)的剪切摩擦模型是模擬切削過程使用最廣泛

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 李中偉;龍新華;孟光;;基于Magnus-Gaussian截斷的銑削系統(tǒng)穩(wěn)定性的半離散分析法[J];振動與沖擊;2009年05期

相關博士學位論文 前3條

1 孫宇昕;車削顫振的實時辨識與在線抑制系統(tǒng)研究[D];上海交通大學;2017年

2 丁燁;銑削動力學—穩(wěn)定性分析方法與應用[D];上海交通大學;2011年

3 江浩;銑削加工振動主動控制[D];上海交通大學;2009年

本文編號：2751835