不同姿态下的铣削稳定性及铣削参数优化研究

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1、201521080145分类号密级注1UDC（题名和副题名）（作者姓名）指导教师（姓名、职称、单位名称）申请学位级别学科专业提交论文日期2018.3.28论文答辩日期2018.5.15学位授予单位和日期20186答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchonMillingStabilityinDifferentPosturesandMillingParametersOptimizationAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:Me

2、chanicalEngineeringAuthor:MaZhongheSupervisor:Prof.WangLipingSchool:SchoolofMechanicalandElectricalEngineering摘要摘要再生颤振引起的铣削稳定性问题一直是机床精度研究中的一个重要难关，只有保证了稳定的动态铣削过程，才能使得在此基础之上的工艺参数优化和加工效率提升有意义。本文首先重点利用了机床铣削稳定性的经典理论。结合切削厚度的动态变化和刀具受力情况，建立了铣削动力学模型。并采用全离散法绘制了铣削稳定性叶瓣图。然后以并联机床在不同姿态下的铣削稳定性为目标，以清华大学和沈阳机床厂联合研制生产

3、的一种混联五轴机床为对象，用两个空间角描述其并联部分的不同姿态。借助空间坐标系的转换理论、点的位置关系，求出其并联部分工作末端和驱动杆件的运动学、逆运动学关系。由闭环速度矢量方程求出了并联机构的雅克比矩阵，在雅克比矩阵的基础上求出了与姿态变化相关的静刚度矩阵。从静刚度的角度出发，证明了包括并联机构—电主轴—刀柄—刀具的铣削系统的稳定性会随着并联机构姿态变化而变化。进行了获取不同姿态的刀尖频率响应函数的锤击实验，通过实验结果辨识出不同姿态下的模态参数。结合全离散法，使用MATLAB编程刻画出机床在不同姿态下的稳定性叶瓣图，分析不同姿态下的铣削稳定性的变化。最后利用动态测力仪对基于平均切削力模型的

4、切削力系数进行辨识，再结合锤击实验求出模态参数，求出五轴混联机床的稳定性叶瓣图，并在该混联机床上进行了铣削实验，验证了叶瓣图的正确性。以最稳定切削为目标对径向切深和主轴转速与轴向切深进行了参数优化。关键词：铣削稳定性，并联机构，静刚度，铣削参数优化IABSTRACTABSTRACTTheproblemofmillingstabilitycausedbyregenerativechatterhasbeenanimportantissueinthestudyofmachinetoolaccuracy.Onlybyguaranteeingastabledynamicmillingprocesscan

5、maketheprocessparametersoptimizationandtheincreaseofprocessingefficiencysignificant.Thisarticlefirstfocusesontheuseoftheclassicaltheoryofmachinetoolchatterstability.Combinethedynamicchangeofcuttingthicknessandtheforceconditionofthetooltoestablishthemillingdynamicsmodel.Thefull-discretemethodisusedto

6、drawthemillingstabilitylobediagram.Then,ahybrid5-axismachinetoolwhichisjointlydevelopedbyTsinghuaUniversityandShenyangMachineToolPlantistakenasaresearchsubject.Themillingstabilityoftheparallelmachinetoolindifferentattitudesistakenasthetarget.Andusetwospaceanglestodescribethedifferentattitudesofthepa

7、rallelmechanism.Taketheadvantageoftheconversiontheoryofthespatialcoordinatesystemandthepositionalrelationshipofthepointstoworkoutthekinematicrelationshipbetweentheworkingendofparallelmechanismanddrive