论文摘要
高速铣削加工有效地降低了切削力、改善了加工表面粗糙度,是提高生产效率、提升加工质量的有效措施[1]。在高速铣削过程中,由于加工过程的周期性,切削力的周期性变化会引起工件与刀具间的振动,如果振动产生在系统固有频率的附近就会发生颤振。颤振发生时,工件与刀具间的振动振幅有时会超过切削厚度,导致切屑不连续,并在工件表面留下颤振痕迹,这种现象叫做加工不稳定现象[2]。加工不稳定现象的发生会大大降低工件的表面加工质量,并使刀具受到严重磨损,在机床高速运作时甚至会导致严重的安全事故。随着制造业中对工件表面加工质量和高速加工安全性要求的不断提高,人们开始越来越重视对机床颤振和加工不稳定现象的研究。本文对铣削加工系统的稳定性进行了分析,获得了加工系统的稳定性图,运用预测的稳定性图,选择合理的铣削操作参数,能够避免加工不稳地现象,获得高质量的加工结果。为了进行铣削系统加工稳定性分析,首先需要获得加工系统动力学模型。本文建立了被广泛采用的铣削振动模型,对机床加工系统进行了锤击模态试验,并用试验数据验证了该模型的正确性和有效性。在上述振动模型的基础上,用Simulink建立了该动态特性模型的仿真系统。本文建立的加工动力学模型的可靠性不仅取决于切削力模型的精确度,还依赖于对铣削系统传递函数的精确估计。为了提高传递函数获得的效率和精度,本文介绍了一种RCSA法来高效准确地获得不同主轴系统的传递函数,用RCSA法预测的传递函数与试验获得数据基本吻合。为了获得加工系统的合理加工参数范围及稳定性图,人们通常采用半离散法对加工系统模型进行稳定性分析。以往采用的传统半离散法作为一种有效的半解析稳定性分析法,由于在对铣削系统动力学模型进行零阶半离散化时的误差级数较大,往往需要进行多步长的运算才能获得比较精确的稳定性分析结果。本文通过引入Magnus-Gaussian截断法,推导出了基于Magnus-Gaussian截断的零阶半离散稳定性分析法。用该方法对高速铣加工进行了切削稳定性分析,并获得了各种工况下的铣床稳定性图。稳定性分析结果表明采用Magnus-Gaussian截断半离散法可以在减小步数的基础上大大减少程序运行时间,主轴旋转方向相对其它切削参数对稳定性图具有更大的影响。
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