【摘要】：顫振是制約銑削加工效率和質(zhì)量的一個(gè)重要瓶頸。顫振經(jīng)常在工件表面留下斜狀振紋,影響加工質(zhì)量,且其需要手工去除,嚴(yán)重影響加工效率。尤其對(duì)于鈦合金這樣的難加工材料,其單位切削力大,彈性模量低,加工中更易產(chǎn)生顫振。鈦合金,尤其是其薄壁件的加工,是航空制造的一大工藝難題。本文針對(duì)此實(shí)際問題,對(duì)銑削顫振產(chǎn)生的物理本質(zhì),及銑削加工過程中的非線性阻尼作用,進(jìn)行了深入研究。主要研究內(nèi)容如下:1.從振動(dòng)學(xué)的本質(zhì)出發(fā),剖析銑削顫振發(fā)生的根源,分析時(shí)滯效應(yīng)如何影響系統(tǒng)的阻尼和剛度,進(jìn)而引起系統(tǒng)失穩(wěn),顫振發(fā)生。結(jié)合勞斯判據(jù)的分析,指出銑削顫振發(fā)生的根源,是由時(shí)滯引起的附加剛度阻尼項(xiàng),尤其是交叉項(xiàng)隨著切深增加而增大,導(dǎo)致勞斯判據(jù)系數(shù)變負(fù)。而對(duì)于不同的失穩(wěn)方式,顫振產(chǎn)生的機(jī)理也有不同。結(jié)合計(jì)算和實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析,對(duì)以上思路予以驗(yàn)證。基于以上思路,又深入分析了不等齒距銑刀和變速切削抑振機(jī)理。指出兩種方法均可通過改變時(shí)滯,消除附加阻尼項(xiàng),使得系統(tǒng)穩(wěn)定性得到改善,給出了簡易的齒間距角和變速參數(shù)的優(yōu)化指標(biāo)。依據(jù)該指標(biāo),可快速獲取最優(yōu)的不等齒距銑刀的齒間距角和變速切削調(diào)制參數(shù),使得穩(wěn)定區(qū)域明顯增加。結(jié)合經(jīng)典文獻(xiàn)中的算例,對(duì)該分析方法予以驗(yàn)證。2.在銑削加工中的低速區(qū),由刀具后刀面與表面振紋干涉產(chǎn)生的過程阻尼效應(yīng),對(duì)鈦合金等難加工材料的加工顫振抑制尤為關(guān)鍵。本文深入研究過程阻尼效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制,給出干涉發(fā)生的條件,分析了切削速度和刀具后角對(duì)過程阻尼的影響。建立了考慮過程阻尼等非線性因素的銑削動(dòng)力學(xué)模型,并且給出了顫振穩(wěn)定性分析流程。該模型較為全面、細(xì)致地反映了實(shí)際銑削加工過程,給出了工件表面振紋的描述方法,以及基于表面振紋坐標(biāo)實(shí)時(shí)計(jì)算壓入面積和過程阻力的方法。以典型鈦合金Ti6AL4V為實(shí)驗(yàn)材料,進(jìn)行了計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析,驗(yàn)證了所建模型的有效性,指出該模型能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測由于過程阻尼作用,在低速區(qū)增加的穩(wěn)定區(qū)域。并且所設(shè)計(jì)的減振后角能夠有效增強(qiáng)過程阻尼、抑制顫振,進(jìn)一步擴(kuò)大穩(wěn)定區(qū)域。3.將過程阻尼理論應(yīng)用到鈦合金薄壁件的銑削加工之中。針對(duì)薄壁件銑削振動(dòng)的特點(diǎn),建立描述表面振紋的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而基于此模型計(jì)算瞬時(shí)切削厚度和壓入面積,獲取動(dòng)態(tài)切削力和過程阻力,建立薄壁件銑削非線性動(dòng)力學(xué)模型。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析表明,該模型能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測出鈦合金薄壁件加工時(shí),由于過程阻尼效應(yīng)在低速區(qū)增加的穩(wěn)定區(qū)域。而所設(shè)計(jì)的減振后角可以有效地增加穩(wěn)定區(qū)域、抑制顫振,提高加工效率和表面質(zhì)量。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG54

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本文編號(hào)：2565957