汪通悦[1]2010年在《薄壁零件铣削稳定性数值仿真及实验研究》文中研究说明薄壁零件的制造技术水平,已成为衡量世界各国航空技术水平和工业发展水平的重要标志之一。本文在国家自然科学基金(No:10477008)的资助下,从理论上深入分析薄壁零件加工振动机理,并结合高速铣削试验,探索控制薄壁零件加工振动的方法,以实现稳定的切削加工。本文具体研究内容如下:1.通过识别铣削力系数,建立了薄壁零件铣削加工力学模型通过正交实验,基于惯性修正的铣削力系数识别方法,识别了特定刀具/工件材料组合的铣削力系数;利用实验结果和仿真结果,验证了力系数的准确性。通过对现有铣削力模型的分析和比较研究,通过试验确定了本文研究所依据的瞬时刚性力模型。2.进行了薄壁零件铣削加工的稳定性预测通过分析薄壁零件的动力学模型,并将切削加工系统分为“刀具/主轴”、“工件/夹具”两个子系统,利用力锤冲击试验方法,得到不同情况下的子系统的传递函数及模态参数,得到了判别切削过程稳定性的稳定性叶瓣图。针对薄壁结构,提出了一种铣削稳定性判据,并通过仿真分析,研究了切削系统模态参数和工艺参数对稳定极限的影响情况。3.建立了梁类薄壁零件的加工振动模型通过分析薄壁零件的加工情况,按不同判别方法判别了铣削系统有可能出现的几种运动状态及加工稳定性情况。针对加工过程中极易发生颤振的梁类薄壁零件,按照小轴向切深加工和小径向切深加工,分别建立了振动模型,并进行了仿真分析和实验验证。4.进行了薄壁零件加工试验与颤振控制研究根据前面的分析,在不同切削条件下进行了薄壁零件的铣削加工试验,分析了不同参数对加工稳定性的影响,探索了抑制加工振动的优化铣削用量。从不同角度进行颤振控制研究,一方面根据具体模态参数和切削参数,仿真分析了施加不同信号对切削颤振的控制结果;另一方面根据具体设备条件进行了变速切削抑制颤振的实验研究,提出了一种基于DSP的主轴变频控制改变切削速度的变速切削抑振方法。这些都对最终控制颤振具有非常现实的指导意义。
袁伟军[2]2003年在《铣削加工过程稳定性计算机仿真及实验研究》文中进行了进一步梳理颤振，是金属切削加工过程中刀具与工件之间产生的一种强烈的相对振动，属于自激振动。颤振降低加工质量与切削效率，降低刀具、机床的使用寿命，产生污染周围环境的切削噪声，甚至导致人身伤亡与机床加工的重大事故。因而，对于颤振的研究具有较高的实际意义。首先，对颤振的机理做了比较详尽的分析和研究。然后以铣削为对象，建立了两自由度的铣削加工颤振动力学模型，并运用数字仿真技术，对动态端铣过程进行了时域仿真研究。仿真结果表明所建模型合理有效，能正确反映出动态铣削过程。其次，阐述了铣削试验方法，通过观察分析工件表面的切削表面和在机床切削点测得的振动信号，分析了铣削中的强迫振动和颤振现象。颤振随切削深度或切削宽度的减小、进给量的增大而不易发生，铣削的方式对颤振也具有很大的影响，顺铣比逆铣更加容易发生颤振。强迫振动随切削速度、进给量、切削深度或切削宽度的增加而加剧。试验结果与仿真基本相符，为选择改变切削用量、减小铣削振动指出了方向。然后，介绍基于虚拟仪器技术的铣削稳定性在线监测实验系统。该实验系统灵活性强，能随时增减传感器而系统不做大的变动；实时性好，能对采集到的传感信号进行实时分析与处理；扩展性强，能够很方便的增加各种功能模块。该实验系统已应用于实际当中，效果良好
陈勇[3]2004年在《平面铣削加工过程虚拟仿真系统的开发及其应用研究》文中研究说明铣削加工作为机械制造中一种常用的切削加工工艺,被广泛应用于汽车、航空及模具制造业中机械零件的粗、精加工。由于铣削加工过程中的多刃断续切削、半封闭加工以及切削厚度随时间改变等特性,使得铣削加工机理较为复杂,加工过程容易出现颤振现象。颤振是影响零件加工质量和限制铣削加工效率的主要因素,还会降低刀具的使用寿命,损害机床的安全性。 由于缺乏较为合理和实用的虚拟仿真系统对铣削加工过程动态特性的预测和振动预报,目前大多数企业在常规铣削加工(包括使用计算机数控加工系统)中,往往采用经验数据或是参考切削用量手册来选择铣削加工参数。为避免加工过程中颤振的出现及其不良影响,加工中常被迫强制改变切削加工参数,如降低切削深度或进给速度,但这却妨碍充分利用机床额定功率,导致加工工时,也即加工成本上升。在寻找解决该问题的办法中,提出一个对动态铣削加工过程进行深入、系统的理论和实验研究,开发一套实用的铣削加工过程虚拟仿真系统应是较为有效的方法。这样,在实际铣削加工之前,能够根据加工条件的变化准确地反映出铣削加工参数和刀具几何参数与铣削加工动态特性的关系,并在工艺设计阶段尽量优化加工条件,包括选择合理的刀具几何参数以及主轴转速、切削深度、切削宽度、进给量等参数。 本文正是基于上述思想,并借助于Matlab/Simulink环境,建立和研制了平面铣削加工过程虚拟仿真系统(VSS),采用离线振动控制策略对建立虚拟仿真系统各个模块的关键技术进行了深入研究。研究内容与主要成果为: (1)以平面铣削加工动力学为研究对象,考虑铣削加工过程的再生振动效应,分析了瞬态切削厚度、刀具有效前角以及刀具偏心模型对动态切削力的影响,对传统的铣削加工动力学解析模型提出改进算法,建立实用有效的铣削加工动力学数学模型和物理模型。 (2)在改进的铣削加工动力学数学模型和物理模型的基础上,综合分析和研究仿真建模过程中的常见算法精度及其效率,确定采用变步长数值积分算法(四阶Runge—Kutta算法)和递推算法建立动态铣
庞新福[4]2008年在《平面铣削加工过程计算机仿真分析》文中研究指明提高生产效率、改善加工质量、降低生产成本已成为制造业者追求的首要目标。随着现代制造技术以及新材料、新刀具、新工艺和新设备的不断发展,对进行机械加工中应用最为广泛的铣削加工过程进行计算机仿真分析研究,对于提高铣削加工效率和质量及优化铣削用量参数是非常必要的。由于铣削加工具有多刃断续切削和变厚度加工等特点,因此,其切削加工机理较为复杂。本文通过金属加工、剪切理论和有限元法等多学科的交叉,采用理论建模、软件分析和实验研究相结合的方法,从金属切削原理入手,分别建立了二维铣削加工的热力耦合有限元模型和叁维铣削加工的有限元模型;通过模拟仿真、实验验证和主铣削力优化模型的建立求解,对影响铣削力的因素进行了详细的研究。本文在对铣削加工过程计算机仿真分析的研究现状及趋势进行综述的基础上,以及在基于金属切削加工理论对铣削力模型的建立与分析、铣削加工过程中有限元模拟实现的理论基础和几种典型的剪切平面模型进行概括的基础上,主要研究内容和创新点有以下叁个方面:(1)基于ABAQUS有限元分析软件的特点,研究了切削加工过程中的弹、塑性变形行为以及如何实现切屑的分离技术;基于正交切削理论和二维铣削模拟假设条件,建立了ABAQUS环境下的刀具、工件几何模型;研究了实现二维铣削仿真的关键技术;仿真模拟了二维正交切削和二维铣削加工,得出了工件和刀具的应力、应变、切削力和温度的变化趋势,其模拟结果与现有相关理论具有一致性;(2)以二维铣削加工模拟仿真的研究分析为基础,研究了实现叁维仿真的关键技术、铣削过程建模的假设条件、工件材料特性及有限元模拟的前处理和简化模型的建立。运用DEFORM-3D软件,模拟仿真了工件和刀具在4种低速和7种中高速铣削状态下的应力、应变、铣削力和温度的大小;分析了影响应力、应变、铣削力和温度的因素;结合实际条件,以状态1为代表进行了实验验证,验证了模拟结果的真实性和可靠性;同时还分析了存在误差的原因。(3)以仿真条件为基础,建立了主铣削力的优化模型和约束条件,运用线性规划中的单纯行法,对优化模型进行了求解,为以后开展铣削用量的优化工作提供了一种新的方法。
汤爱君[5]2009年在《薄壁件高速铣削叁维稳定性及加工变形研究》文中进行了进一步梳理随着航空航天技术的发展,薄壁结构件在工程应用中日益广泛。由于薄壁结构件受力复杂,形状精度要求很高,难以按照经典理论进行受力分析,因此是国际上公认的复杂制造工艺难题之一。其制造过程中最突出的问题之一是加工变形,而影响工件变形的一个非常重要的因素就是切削颤振。因此加工薄壁件时,只有对切削颤振稳定性和加工变形这两个问题加以研究和控制才能更好的提高薄壁零件的加工精度和表面质量。本文以铝合金2A12薄壁零件加工为研究对象,借助理论分析、实验研究和数值模拟等研究手段,研究薄壁零件的叁维稳定性和加工变形,从而为薄壁零件铣削加工变形的控制和工艺参数优化提供理论依据。基于Altintas和Budak提出的颤振预测模型,建立薄壁零件铣削加工的叁维稳定性模型,并用Matlab7.0进行计算仿真,得到薄壁零件铣削颤振的轴向切深、径向切深和主轴转速的叁维稳定性图。通过叁维稳定性图可以比较直观、清晰地分析切削参数对切削稳定性的影响,从而可以全面、准确地选择稳定切削条件下的最优切削参数。此外,通过对金属切削力学和铣削力模型的研究,建立铣削力系数和铣刀几何参数之间的关系,分析铣刀几何参数(螺旋角、法向前角和刀齿数)和径向切深对铣削叁维稳定性的影响,进而分析薄壁零件铣削加工系统的稳定性以及工艺参数的优化选择问题,在保证产品质量的前提下,预先对切削系统的稳定性极限做出比较准确的预测,可以显着提高机床切削效率,为薄壁零件铣削工艺参数优化提供理论依据,实现高效率和高精度的完美统一。基于功互等理论基础,建立悬臂薄壁零件在静态切削力作用下弹性变形的理论模型和边界条件,并通过有限元ANSYS10.0进行求解计算铝合金2A12悬臂薄壁零件在切削力作用下的弹性变形。分别考虑线载荷大小的变化、载荷作用位置的变化、壁厚的变化对零件弹性变形的影响,并预报在不同影响因素条件下的最大弹性变形情况,为分析与预测薄壁零件切削加工变形问题奠定基础。在冯卡曼方程基础上,建立悬臂薄壁零件发生弹塑性变形的微分方程组和边界条件,通过有限元ANSYS10.0进行求解计算铝合金2A12悬臂薄壁零件在切削力作用下的弹塑性变形。此外,考虑弯曲回弹现象对弹塑性变形的影响,将弯曲回弹的计算引入薄壁零件弹塑性变形的计算中,分析弯曲回弹现象产生的内因以及影响弯曲回弹现象的因素,并计算薄壁零件在一定条件下发生弯曲回弹时的回弹量。通过有限元软件ANSYS10.0和Matlab模拟薄壁零件在多因素耦合作用下发生的弹塑性变形,并进行了高速铣削铝合金2A12薄壁零件加工变形实验,利用叁坐标测量机Mistral775测量了薄壁件的加工变形,验证弹塑性变形模拟的正确性,为进一步研究薄壁件加工变形的控制技术提供理论依据。将薄壁零件铣削过程中的变形理论与叁维稳定性相结合,针对叁边自由、一边固定的薄壁件建立不同刀具位置处的叁维稳定性模型,通过Matlab模拟出薄壁零件铣削加工过程中轴向切深、主轴转速和刀具位置的叁维稳定性图。并对薄壁零件铣削过程中不同位置上的颤振稳定性模型进行实验验证,以证明所建立模型的正确性。从而可以指导在薄壁零件铣削加工过程中的不同位置处选取主轴转速和切削深度等工艺参数,有利于将切削过程控制在稳定区域之内,对于提高薄壁零件铣削加工的效率和质量具有重要的意义。在稳定切削的前提下,运用切削理论和数值计算方法,建立无颤振最大材料去除率的求解模型。在材料去除率取得最大时,切出角的大小只与切削力系数有关,而切削力系数与法向前角、螺旋角、摩擦系数和切屑变形系数等有关。因此,在一定的切削条件下,可以寻求最优的切削用量组合,以使薄壁零件的材料去除率达到最大,从而提高产品的加工效率。并通过具体的算例,对所建立的无颤振最大材料去除率数学模型进行验证,以证明所建立模型的正确性。
朱帅[6]2011年在《微细铣削加工颤振系统动力学分析及铣削过程仿真》文中指出微细铣削加工在制造业中有着较强的竞争力,并且随着科学技术水平的提高和社会的不断进步,民用和军工等领域对复杂微小尺寸光机电元器件需求日益增大,微细铣削加工在这些领域扮演着十分重要的角色。但在微细铣削过程中常常有切削颤振现象发生,其极大地影响机床加工性能、刀具的使用寿命和元件的加工质量,甚至会导致噪声等环境污染。本文针对铣削加工中主要的颤振形式—再生型切削颤振进行了分析,结合铣削加工参数(N,r,aε,kt,kr)和系统动力学参数(kx,ky,(?)x,(?)y,ωnx,ωny)建立了两自由度铣削系统动力学模型,利用Matlab软件得到切削过程的稳定性曲线,根据稳定性曲线预测加工过程的极限切削条件,从而选择合理的切削加工参数。论文着重分析了系统动力学参数变化对稳定性极限切深的影响规律,并得知各参数的变化不仅使稳定性曲线在纵坐标方向上有偏移,在横坐标上也有变化,此外又分析了各因素对最小极限切深的影响,从中得到刀具齿数的变化对最小极限切深的影响最为敏感的结论。同时论文在所建立的两自由度动力学模型基础上,利用稳定性曲线中的切削系统参数,计算出了X、Y方向上的平均铣削力。另外根据上述稳定性曲线,选择一组低于临界颤振条件的切削参数,以此切削参数为基础,对铣削过程进行有限元仿真和切削实验,然后根据二者的切削过程是否发生颤振及二者所得铣削力数据的比对结果,验证动力学模型的合理性和仿真模型的可靠性。对于仿真,用Deform-3D软件分析刀具在接触工件、切入工件刀具直径1/4处、切入工件刀具直径3/4处、完全切入工件以及刀具进入稳态切削等状态的应力和应变,据此分析了工件内部的弹性流动和塑性流动以及当工件发生大幅度塑性变形时,材料从工件表面发生去除的情况。根据Deform-3D软件分析结果,论文还研究了铣削过程工件所受到的作用力,得知在上述的五个状态中铣削力逐渐增加,其中在第叁个状态切削力显着增大,达到五个切削状态的最大值,而后又降低,说明在切削过程存在弹性积累,使得刀具的切削负载增大,作用力急剧上升。对于实验考证,论文利用立扬MVL1300型立式加工中心对铣削加工过程中X、Y、Z叁个方向的切削力进行了测试,将实验得到的切削力数据和软件仿真分析结果进行了对比分析,比对结果表明：仿真预测的铣削力数据与实验结果存在一定误差,但总体趋势上相符,基本验证了仿真模型的可靠性,同时根据实验和仿真中切削过程是否发生颤振验证了动力学模型的合理性；在文章最后将实验结果与理论计算的平均铣削力进行了比对,所得数据虽然存在误差,但都在一个数量级上,也验证了理论模型的合理性。论文工作得到科技部国际合作与交流专项项目(2010DFA72000)和教育部高等学校博士学科点专项基金(200801831024)的资助。
李志刚[7]2007年在《铣削加工过程的稳定性仿真及有限元研究》文中研究表明由于铣削加工的重要性，铣削过程中稳定性的研究一直是制造行业关注的热点。但是，由于铣削加工过程的复杂性和非线性，很难对其进行解析研究。随着计算机仿真方法的发展，使铣削加工过程的数字仿真和有限元模拟成为现实。本文将结合Matlab／Simulink数值仿真和DEFORM-2D有限元模拟切削两中研究方法，对铣削过程进行仿真模拟，力图找到影响铣削加工质量特性的影响因素。根据再生颤振理论，建立了两自由度铣削加工过程的动力学模型。在Matlab／Simulink仿真平台上，以面铣为研究对象，采用变步长数值积分算法(四阶Runge-Kutta算法)对动态铣削过程进行了时域仿真研究。得到了在不同切削参数下，铣削系统的力，位移和加速度等特性曲线，分析了切削参数如径向切削深度、系统阻尼比、切削刚度系数对铣削稳定性的影响。仿真结果表明，所建模型合理有效，能正确反映出动态铣削加工过程。根据金属切削的特点，分析了有限于模拟过程中的网格重划分技术和有关剪切角的计算方法。建立二维金属切削的正交有限元模型，对有限元模型材料进行选择，网格划分，边界条件等方面进行了分析，这些将直接影响模拟计算的精度。本文选择无涂层的硬质合金刀具对45#钢进行切削仿真研究，通过对切削过程的有限元模拟，分析了表面速度、切削深度、刀具前角和刀具结构等切削条件对切削过程中的切削力、切削温度和等效应力的影响。论文的研究结果表明，铣削过程参数对加工质量、切削效率都有很大的影响。数值仿真和有限元模拟的结合在研究金属切削的过程中起到了很重要的作用。
黄云林[8]2015年在《薄壁件高速铣削稳定性及加工质量应用研究》文中研究指明薄壁件广泛应用在航空航天和国防工业中,它形状结构较复杂,加工余量较大,整体刚性较差,加工工艺性差,加工过程中易发生变形与振动。研究薄壁件高速铣削加工技术具有重要的理论意义与工程实用价值。论文根据研究的应用背景,针对薄壁件在加工过程中出现的主要技术问题,基于高速铣削加工技术,围绕薄壁件高速铣削稳定性分析、变形预测及误差补偿、表面质量控制、加工增效工艺等问题,对薄壁件高速铣削加工技术进行系统深入的研究。通过对铣削过程的分析,考虑再生颤振对稳定性的影响,建立一维、二维、叁维铣削稳定性数学模型。分别采用零阶频域解析法(ZOA法)和半离散法(SD法)对铣削稳定性边界进行求解,得到稳定性叶瓣图,对由这两种方法得到的叶瓣图进行分析,并与试验数据进行比较,验证了叶瓣图的正确性。对侧铣薄壁件时不同位置处的叶瓣图变化规律进行研究,用结构的振动模态解释了此规律的原因。以典型的薄壁件——铝合金镜座的内孔加工为研究对象,阐述了薄壁件高速铣削变形量预测的有限元模拟流程,利用ABAQUS有限元分析软件,研究了薄壁件加工变形预测的建模技术,装夹变形仿真,变形量计算等问题,得到铝合金镜座内孔的加工变形规律。在对加工变形规律认识的基础上,提出了薄壁件加工层次循环误差补偿方案,并通过加工试验对变形规律及误差补偿方案进行了验证。内孔铣削变形量控制在0.025mm以内,证明了所提误差补偿方法是正确和有效的。研究了高速铣削薄壁件加工表面形成机理,推导了表面粗糙度Ra与刀具半径、径向切深等加工参数的关系。用自适应神经网络模糊推理系统(ANFIS)方法对高速铣削表面粗糙度Ra进行预测,阐述了 ANFIS法的模型结构与工作原理,建立了预测模型并对模型进行训练。通过对高速铣削加工试验的结果与ANFIS法预测得到的结果进行比较,测量值与预测值误差在6%以内,从而验证了预测模型的正确性。基于遗传算法对薄壁件高速铣削粗、精加工进行了多目标参数优化。对生产率、生产成本及表面粗糙度进行线性加权,针对薄壁件的粗、精加工阶段设置不同的加权系数。粗加工阶段以生产率和生产成本作为主要优化目标,精加工阶段以表面粗糙度作为主要优化目标。设计变量的编码根据模式定理进行交叉编码。对优化前后的切削参数进行对比,为优选薄壁件高速铣削参数提供了理论方法和试验依据。为了满足高速铣削高切削率要求,提出了模糊控制、在线调节进给量实现恒力切削的方法。模糊控制器输入变量为参考力与实际切削力之差以及二者偏差的变化率,经过模糊化、模糊推理及去模糊运算过程,输出每齿进给量的变化量。其中模糊控制器采用模糊规则在线自调整,输出比例因子在线自适应的控制策略。采用3-3-5-1型BP神经网络建立了数控高速铣削过程模型,输入切削参数,输出为实际切削力。将模糊控制器和BP神经网络两者结合,构建了高速铣削恒力控制模型。该模型通过仿真和实际验证,金属切除率分别提高18%和29%。对于罩壳型腔粗、精加工,利用稳定性叶瓣图选择合适的切削参数;对于整体叶轮,从毛坯、刀具的选择、夹具的设计以及整体叶轮加工工艺流程、数控程序的编制及仿真、试件的加工及测量等方面对薄壁件的加工技术进行应用验证,从而实现薄壁件高效高质、低成本、批量化的高速铣削加工。
刘盼[9]2010年在《铣床颤振的理论和实验研究》文中认为金属的铣削颤振过程是铣床、铣刀与加工零件间形成的复杂非线性动力学行为,其颤振产生的原因主要是由动态切削厚度变化引起的再生颤振,属于自激振动。这种振动使刀具与工件的相对位置发生改变,降低加工表面的精度与铣削效率。本文在颤振研究现有理论的基础上,通过对铣削过程中动态铣削力的推导,建立了非线性动力学颤振模型,并通过实验方法对该模型部分推导结果进行了验证,本文主要进行的研究内容和研究成果有以下几个方面:1)根据推导出的动态铣削力,建立位移反馈引起的铣削颤振物理模型,得到了非线性铣削力耦合下的二自由度时滞微分方程。通过求解该方程的特征值,分析系统零平衡点处的稳定性,并由此得到平衡点附近临界时滞的表达式。运用多尺度法,求解该方程的近似解析解,通过数值解检验了该解析解的正确性。2)根据建立的二自由度时滞微分方程,利用半离散法数值计算出系统的稳定性极限图,并讨论了系统的特征值与发生分叉的关系。通过对颤振方程进行Simulink仿真,对动态铣削过程进行了数值模拟,观察到不同铣削参数下的位移、加速度信号的变化曲线,直观反映了动态铣削过程,并与得到的稳定性极限图相吻合。3)通过实验研究方法,分别观察到平稳铣削和发生颤振时的实验现象,并分析了其产生的机理。研究了转速、切深、切宽等参数变化对铣削稳定性的影响,并将实验现象与前文的理论分析结果相比较,验证了相关结论在实际铣削过程中的正确性。而且在实验中发现了一些新的铣削颤振问题,本文对这些问题进行了分析和总结,对于今后改进理论模型和实际加工中选择铣削用量,减振抑振具有指导意义。
刘畅[10]2015年在《基于多传感器信息的精铣表面形貌在线监测理论方法研究》文中提出航空航天制造业水平代表着一个国家高精尖制造领域加工技术发展的最高标杆,其中关键零部件的加工表面质量对其机械使役性能起着关键性作用,而加工状态的异常会严重影响零件表面质量。国内虽然引进了大量的精密数控装备,但是还没有成熟的对加工过程的在线监测控制来提高零件表面质量的研究应用。为了突破这些技术瓶颈,有必要建立精密加工零件表面质量在线监测的理论方法,以期做出及时的控制策略,有效提高零部件的加工质量,保证其使役性能。本文以精铣加工工艺和航空航天制造中广泛应用的铝合金Al7075-T6为研究对象,在借鉴和吸收国内外先进研究成果的基础上,对铣削加工及典型过程特征(表面形貌、表面偏差和颤振)机理进行了深入研究,创新的提出了基于多传感器信息对加工过程中的动态影响因素(刀具变形、刀具振动)进行实时表征和建模的思想,以此为基础建立了系统的精铣表面形貌建模及在线监测的理论和方法:基于实时动态切削力信号实现全加工路径下的刀具变形建模;基于电涡流传感器信号实现刀具振动的表征;基于Hermit-Fzero算法实现动态因素离散量的连续化建模及表面形貌的数值仿真;搭建精铣加工表面形貌在线监测综合实验平台,验证了基于多传感器信息的表面形貌预测及在线监测理论的正确性;提出了基于频域搜索策略的颤振状态实时在线监测方法,实现了多阶颤振频率及颤振严重性的在线辨识,并提取表面形貌特征对在线监测算法的有效性进行了验证分析。主要研究工作及成果如下:针对传统刀具变形建模中由于采用预测切削力及其将切削力沿轴向切深平均化处理所引起的误差,本文提出了考虑实际切削过程中动态切削力信号的全加工路径刀具变形模型。由于铣削过程的断续加工特性,完整加工路径下切削力信号是有效切削域和非有效切削域交替进行,而理论切入切出角模型很难准确定义实际加工中切削力信号的有效切削域,本文提出了基于K-S(Kolmogorov-Smirnov)检验的概率分布算法对全加工路径下切削力信号的有效切削域进行标定。基于切削微元思想,建立了瞬时切削厚度的轴向离散分布权重模型,从模型的角度清楚的揭示了铣削加工切入切出的冲击现象,并基于瞬时切厚权重模型对标定的动态切削力信号进行离散化分布建模。将铣刀简化为阶梯状悬臂梁结构,基于切削力离散化分布模型和悬臂梁理论得到全加工路径下刀具变形的离散矩阵。基于电涡流传感器信息对工况下的刀具振动进行表征,得到刀具振动的离散量。因为理想切削刃轨迹方程是以转角为变量的连续化模型,因此本文提出了基于分段叁次Hermit算法对刀具变形和刀具振动离散量进行连续化建模,然后将其耦合加载到切削刃轨迹方程中得到铣削表面形貌创成模型。该模型具有开放接口,可以实现任意加工过程动态因素在表面形貌的准确加载。提出了基于Fzero的表面形貌数值仿真新算法,精确得到工件表面任意一点的形貌高度值。该算法的主要优点是无需对刀齿和工件进行网格划分,同时可以实现数值仿真的自动寻解,为表面形貌的在线监测提供方法支持。为了验证上述模型及数值仿真算法的正确性,构建了基于多传感器的精铣加工表面形貌在线监测平台,考虑主轴转速、进给率、径向切深叁因素设计了全参数变化的铣削加工实验。鉴于传统单一的验证指标对复杂加工表面形貌表征的不客观性,提出了宏观尺度特征(进给表面轮廓、轴向表面轮廓、进刀痕迹间距、单位长度波纹数、纹理倾斜度)和细节尺度特征(均方根误差、偏度、峭度)的表面形貌综合验证体系,仿真模型和实验结果很好的吻合。定性分析了各切削参数对表面精度的影响规律。在上述的研究工作的基础上,本文创新性的提出了基于多传感器信息的表面形貌在线监测的概念,即沿进给方向的全加工路径表面轮廓在线监测和沿轴向切深方向的表面偏差在线监测,并通过实验验证了可行性。最后,分析了各切削参数对表面偏差的影响,为精密加工表面质量优化提供了理论和方法依据。表面形貌是动态切削过程的最终呈现,通过提取表面形貌特征可以对颤振加工解释分析,以此对颤振状态进行实时在线监测。首先考虑热力耦合特性和材料特性对斜角切削机理参数进行了解析建模,基于斜角切削微元实现了铣削力系数的辨识,从斜角切削和铣削实验两方面验证了模型的正确性,同时基于斜角切削模型揭示了切速增加导致切削力下降的根本原因。基于全离散时域法对颤振稳定性进行了预测,考虑轴向切深和主轴转速建立了30组铣削实验对颤振稳定性进行验证分析。通过对颤振加工表面形貌的影响性分析,提出了通过表面形貌特征(振纹间距)的颤振状态的客观判据,解决了通过声音和信号幅值等经验判据带来的不确定性。通过对振动信号的相关频域分析,确定了颤振的主要作用频率范围是2000Hz以上。为了保证颤振控制策略选取的及时性,在确定颤振主要作用频率范围的基础上,建立了基于频域搜索策略的颤振状态实时在线监测方法,同时可以准确实现多阶颤振频率的在线辨识。通过和表面形貌特征离线辨识得到的颤振频率进行比较分析,验证了在线监测算法的有效性。最后提出了基于频域能量比的颤振严重性识别的特征指标。
参考文献：
[1]. 薄壁零件铣削稳定性数值仿真及实验研究[D]. 汪通悦. 南京航空航天大学. 2010
[2]. 铣削加工过程稳定性计算机仿真及实验研究[D]. 袁伟军. 北京工业大学. 2003
[3]. 平面铣削加工过程虚拟仿真系统的开发及其应用研究[D]. 陈勇. 华侨大学. 2004
[4]. 平面铣削加工过程计算机仿真分析[D]. 庞新福. 昆明理工大学. 2008
[5]. 薄壁件高速铣削叁维稳定性及加工变形研究[D]. 汤爱君. 山东大学. 2009
[6]. 微细铣削加工颤振系统动力学分析及铣削过程仿真[D]. 朱帅. 吉林大学. 2011
[7]. 铣削加工过程的稳定性仿真及有限元研究[D]. 李志刚. 西南交通大学. 2007
[8]. 薄壁件高速铣削稳定性及加工质量应用研究[D]. 黄云林. 南京理工大学. 2015
[9]. 铣床颤振的理论和实验研究[D]. 刘盼. 天津大学. 2010
[10]. 基于多传感器信息的精铣表面形貌在线监测理论方法研究[D]. 刘畅. 天津大学. 2015
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