發(fā)布時間：2020-07-12 10:48

【摘要】：銑削加工技術(shù)作為一項(xiàng)常見的機(jī)械加工方法,被廣泛應(yīng)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?yàn)檫x用不合理的加工參數(shù)而導(dǎo)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(gòu)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(jì)算方法,發(fā)展面向工程應(yīng)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(yù)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(yùn)用主動或被動的控制方法提高加工過程的穩(wěn)定域,達(dá)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(gòu)銑削加工過程中的顫振問題,從銑削力系數(shù)標(biāo)定、銑削穩(wěn)定性預(yù)測、薄壁結(jié)構(gòu)銑削動力學(xué)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(yù)測問題,本文提出了一種可以同時標(biāo)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(yīng),建立了瞬時銑削力與銑削力系數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,最終采用循環(huán)迭代的方法實(shí)現(xiàn)銑削力系數(shù)及偏心參數(shù)的標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)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(jì)算精度和計(jì)算效率。第二,針對銑削過程穩(wěn)定域的計(jì)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(yù)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(shí)現(xiàn)了銑削過程穩(wěn)定性的預(yù)測。另外,考慮到銑削加工過程的復(fù)雜性,即使嚴(yán)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(yīng)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(shí)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(yīng)導(dǎo)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(shí)驗(yàn)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(gòu)的銑削顫振問題,本文以懸臂板結(jié)構(gòu)為研究對象,基于模態(tài)疊加法建立了薄壁結(jié)構(gòu)銑削動力學(xué)方程,采用數(shù)值積分法計(jì)算了銑削過程的穩(wěn)定域,探討了銑刀剛度和薄壁結(jié)構(gòu)截?cái)嗄B(tài)對銑削系統(tǒng)穩(wěn)定域的影響。另外,為了實(shí)現(xiàn)薄壁結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了該方法對薄壁結(jié)構(gòu)銑削顫振抑制的有效性。本文針對薄壁結(jié)構(gòu)銑削加工過程中顫振問題,采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的手段,分別就銑削力預(yù)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(gòu)銑削動力學(xué)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(xué)研究的基礎(chǔ)理論及分析方法。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG54
【圖文】：

上海交通大學(xué)博士學(xué)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(shè)備故障。因此薄壁結(jié)構(gòu)的銑削動力學(xué)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(gòu)銑削過程中的顫振問題，采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)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(biāo)定方法，提出了加工過程穩(wěn)定性預(yù)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(gòu)銑削動力學(xué)問題進(jìn)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(gòu)的截?cái)嗄B(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?cái)嗄B(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(gòu)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(yīng)變速率的積屑瘤形成條件的預(yù)測。對于更為復(fù)雜的三維斜角切削型施加相應(yīng)的坐標(biāo)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(guān)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(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李中偉;龍新華;孟光;;基于Magnus-Gaussian截?cái)嗟你娤飨到y(tǒng)穩(wěn)定性的半離散分析法[J];振動與沖擊;2009年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

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

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

3 江浩;銑削加工振動主動控制[D];上海交通大學(xué);2009年

本文編號：2751835