数控铣削加工振动建模及仿真系统研究

论文摘要

现代数控铣削加工要求制造能够实现高精度、高质量以及高效率,并且要充分发挥出数控机床的加工效能[7]。在实际铣削加工过程中,铣削系统的弹性形变是不可避免的,尤其在铣刀与工件相互作用的系统中产生的弹性变形,并且由此引发的加工的振动直接影响到加工精度和表面质量。因此对铣刀及工件振动特性的研究,对提高加工精度具有重要意义。本文针对数控铣削加工中刀具的变形振动以及相应的变截面薄壁工件振动特性进行研究,分别建立相对应的振动特性数学模型,并运用ANSYS软件进行仿真分析计算,对所建立的振动模型进行验证和修正,最终得出较为正确的振动模型。同时,提出铣削加工振动仿真系统的总体框架,基于VB和MATLAB联合开发了数控铣削加工振动仿真系统。系统中针对工件刚度变化,分出两种仿真分析的部分:一部分为工件厚度够大刚度够强,则以铣刀振动分析为主,通过调用本文建立的铣刀振动数学函数,仿真计算出铣刀振动的基频及响应;另一部,工件壁厚较薄刚度较弱,以工件振动为主体仿真,通过调用本文建立的变截面振动数学模型函数,计算出工件振动基本频率和响应函数。系统仿真的结果能依据工程研究人员的要求以不同的方式输出,为后续铣削仿真研究提供便利。通过以本文所研究的变截面薄壁工件为例,验证了本文建立的振动模型以及振动仿真系统开发研究的合理性。依据本文建立的振动模型能有效快捷的计算得出振动基频,通过修正相应的铣削参数,使铣削力的冲击频率得到改变,能有效抑制或弱化由此引起的振动,为优化铣削加工提供理论依据。通过建立铣削加工振动仿真系统,为铣削加工中的振动机理的研究和实际生产加工优化提供了理论依据和指导。因此本文的研究具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 数控铣削加工振动研究现状
• 1.2.2 铣削加工振动仿真系统研究现状
• 1.2.3 目前研究中存在的问题与不足
• 1.3 课题来源和主要研究内容
• 第2章 铣削加工振动建模研究
• 2.1 铣削加工中影响振动因素研究
• 2.1.1 铣削加工振动机理分析
• 2.1.2 铣削系统振动影响因素分析
• 2.2 铣削加工中刀具振动建模研究
• 2.2.1 铣刀垂直轴线方向弯曲变形振动函数建模条件分析
• 2.2.2 铣刀弯曲振动的基频和振型函数建模
• 2.3 铣削加工中薄壁工件振动建模
• 2.4 本章小结
• 第3章 铣削加工振动仿真分析
• 3.1 有限元分析方法概述
• 3.2 有限元软件ANSYS 简介
• 3.2.1 有限元软件ANSYS 的特点
• 3.2.2 ANSYS 的模态分析
• 3.3 铣刀振动的ANSYS 模态仿真分析
• 3.3.1 铣刀有限元分析的模型建立
• 3.3.2 定义材料及自由度的约束设定
• 3.3.3 有限元求解仿真结果分析
• 3.4 变截面薄壁工件振动的ANSYS 模态仿真分析
• 3.4.1 变截面薄壁工件有限元分析模型的建立
• 3.4.2 自由度的约束设定
• 3.4.3 有限元求解仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 铣削加工振动仿真系统研究
• 4.1 系统的总体设计
• 4.1.1 系统的总体功能
• 4.1.2 功能模块结构
• 4.1.3 系统数据流结构设计
• 4.2 系统主体功能模块单元设计
• 4.2.1 系统主体模块功能说明
• 4.2.2 主要的接口技术
• 4.3 系统运行验证
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢