薄壁零件以其高強(qiáng)度、重量輕等特性廣泛的應(yīng)用于航空航天、精密儀表、汽車等領(lǐng)域。尤其在要求結(jié)構(gòu)復(fù)雜、曲面曲線結(jié)構(gòu)多、協(xié)調(diào)精度要求較高的航空航天業(yè)中得到了很好的應(yīng)用。薄壁件制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平作為現(xiàn)代高端科技產(chǎn)業(yè)、高技術(shù)國(guó)防裝備的基礎(chǔ),是衡量一個(gè)國(guó)家重工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志,也是提高現(xiàn)代先進(jìn)制造企業(yè)核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的突破點(diǎn)。薄壁零件的加工目前主要采用數(shù)控銑削,其剛性隨厚度的減小而降低,加工過程中極易產(chǎn)生振動(dòng),甚至發(fā)生顫振,從而影響零件的精度。傳統(tǒng)制造采用保守的切削用量來減小振動(dòng),但這限制了數(shù)控機(jī)床、刀具性能的發(fā)揮。因此,本文以薄壁零件為研究對(duì)象,深入研究其切削加工過程動(dòng)力學(xué)特性,構(gòu)建其切削力和穩(wěn)定性預(yù)測(cè)模型,開展穩(wěn)定性影響因素分析,工作對(duì)完善薄壁件切削理論,促進(jìn)高效、高精密加工發(fā)展具有重要意義。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)建立了考慮切削力分段特性的螺旋刀具銑削過程切削力積分模型。該模型用統(tǒng)一的表達(dá)式表征切削過程不同階段的切削力,切削力形式更加簡(jiǎn)單;切削力微元沿刀齒螺旋線積分獲得切削力,較傳統(tǒng)切削模型,無論從理論還是實(shí)際上來說,結(jié)果都更加準(zhǔn)確。同時(shí),基于該模型,分析了切削過程的上限角和下限角在不同徑向切深下的變化規(guī)律,結(jié)果表明其一般呈現(xiàn)“二段”特性,致使每齒的切削力呈現(xiàn)“三段”特性;(2)基于切削力積分模型,分析了刀具幾何、切削參數(shù)等因素對(duì)切削力的組合影響。計(jì)算結(jié)果表明,刀具螺旋角、軸向切深、徑向切深、軸徑比(軸向切深/徑向切深)以及刀具齒數(shù)對(duì)切削力具有重要影響。相比于大徑向切深,刀具螺旋角對(duì)切削力的影響在小徑向切深時(shí)更加顯著。同時(shí),刀具螺旋角對(duì)切削力的影響隨著軸徑比的增大而更加明顯。因此,在小徑向切深或大軸徑比情況下,構(gòu)建切削力模型時(shí)考慮刀具螺旋角是必要的;(3)基于上述切削力模型,構(gòu)建了螺旋銑刀切削薄壁零件的過程動(dòng)力學(xué)方程,引入半離散法得到了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性預(yù)測(cè)解析算法。編制了MATLAB程序,開展了不同切削條件和刀具幾何特性工況下的穩(wěn)定性過程仿真,分析了刀具螺旋角、順逆銑形式、徑向切深和刀具齒數(shù)組合下對(duì)銑削穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明大徑向切深下,刀具螺旋角對(duì)銑削穩(wěn)定性的影響不大,在小徑向切深下較為明顯;隨著刀具齒數(shù)的增加,極限切深減小,穩(wěn)定區(qū)域變小,穩(wěn)定性變差;順銑時(shí),在轉(zhuǎn)速較低時(shí)穩(wěn)定性較好,而逆銑更適合高速區(qū)銑削,在大徑向切深時(shí),較逆銑刀具螺旋角對(duì)穩(wěn)定性的影響在順銑時(shí)更為明顯,在小徑向切深下,無論是順銑還是逆銑刀具螺旋角對(duì)穩(wěn)定性的影響都很明顯;(4)構(gòu)建了2種螺旋銑刀切削薄壁零件的過程動(dòng)力學(xué)分析數(shù)值算法,快速獲取不同切削條件下的切削力信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)。a)運(yùn)用MATLAB的Simulink單元搭建了螺旋銑刀銑削薄壁過程動(dòng)力學(xué)特性分析模塊,包括判斷模塊,信號(hào)模塊和定積分模塊等子模塊。該模塊可實(shí)現(xiàn)不用切削參數(shù)與刀具幾何情況下的快速仿真。b)基于歐拉迭代,編制了螺旋銑刀銑削薄壁過程動(dòng)力學(xué)特性分析程序。該程序可考慮刀具偏心、薄壁件多模態(tài)特性、工件動(dòng)態(tài)、工件與刀具接觸分離、刀齒變螺旋等多種實(shí)際切削過程特性及非線性特征�；谏鲜鰞煞N方法,開展了不用切削參數(shù)過程的穩(wěn)定性仿真,并通過頻譜分析法與龐加萊映射法判定了該切削過程的不穩(wěn)定形式,結(jié)果表明,該切削過程的不穩(wěn)定形式主要表現(xiàn)為發(fā)散、準(zhǔn)周期分叉和倍周期分叉。最后,運(yùn)用歐拉迭代程序,對(duì)半離散法所得穩(wěn)定性葉瓣圖從穩(wěn)定性島和普遍適用性兩個(gè)方面進(jìn)行了準(zhǔn)確性驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG501
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 切削力建模的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 銑削加工穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 振動(dòng)控制的研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的工作安排
    1.4 本章小結(jié)
第二章 薄壁件切削力建模及分析
    2.1 切削力建模
        2.1.1 薄壁件銑削動(dòng)力學(xué)模型
        2.1.2 常規(guī)銑刀動(dòng)態(tài)切削力建模
        2.1.3 螺旋銑刀動(dòng)態(tài)切削力建模
    2.2 切削力仿真計(jì)算和影響因素的研究與分析
        2.2.1 刀具螺旋角在不同徑向切深下對(duì)分段特性的影響
        2.2.2 刀具螺旋角在不同軸向切深下對(duì)分段特性的影響
        2.2.3 刀具螺旋角在不同切削軸徑比下對(duì)分段特性的影響
        2.2.4 刀具齒數(shù)對(duì)分段特性的影響
    2.3 本章小結(jié)
第三章 薄壁件的切削穩(wěn)定性研究與影響因素分析
    3.1 半離散法穩(wěn)定性研究
    3.2 穩(wěn)定性影響因素分析
        3.2.1 刀具螺旋角對(duì)切削穩(wěn)定性的影響
        3.2.2 順逆銑對(duì)切削穩(wěn)定性的影響
        3.2.3 刀具齒數(shù)對(duì)切削穩(wěn)定性的影響
    3.3 本章小結(jié)
第四章 銑削振動(dòng)穩(wěn)定性預(yù)測(cè)數(shù)值模型與驗(yàn)證
    4.1 基于Simulink的銑削振動(dòng)分析模型
        4.1.1 銑削加工Simulink仿真主系統(tǒng)
        4.1.2 銑削加工Simulink仿真刀齒子系統(tǒng)
        4.1.3 銑削加工Simulink仿真定積分系統(tǒng)
    4.2 基于歐拉法的銑削振動(dòng)分析模型
    4.3 銑削顫振的判定與顫振頻率分析
    4.4 基于歐拉模型的銑削振動(dòng)過程分析與驗(yàn)證
        4.4.1 穩(wěn)定性島的驗(yàn)證
        4.4.2 等梯度取點(diǎn)驗(yàn)證
    4.5 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    5.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
申請(qǐng)學(xué)位期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
附錄I
附錄II

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2864360