机床刀具系统动力学特性参数建模及其在铣削稳定性分析中的应用.pdf

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1、分类号密级机床刀具系统动力学特性参数建模及其在铣削稳定性分析中的应用研究生姓名：王志康指导教师姓名、职称：李忠群教授学科专业：机械设计及理论研究方向：数字化制造及装备技术二〇一八年六月二十日分类号密级机床刀具系统动力学特性参数建模及其在铣削稳定性分析中的应用Modelingofdynamicscharacteristicparametersofmachine-toolsystemanditsapplicationinmillingstabilityanalysis研究生姓名：王志康指导教师姓名、职称：李忠群教授学科专业：机械设计及理论研究方向：数字化制造及装备技术论

2、文答辩日期答辩委员会主席湖南工业大学二〇一八年六月二十日湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：年月日湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或

3、其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：导师签名：日期：年月日摘要高速、高效切削因其兼备高精度和高效率的优点而在工程中被广泛应用。伴随高速切削而来的切削颤振不仅严重制约切削加工效率，而且还会降低零件表面加工质量，甚至损害刀具与机床主轴。借助稳定性叶瓣图选取无颤振切削参数是实现高速、高效切削的可行方法。本文拟针对机床-刀具系统切削点动力学特性获取，开展基于RCSA的机床-刀具系统响应耦合建模研究，探讨借助少量锤击试验与结构动力学分析，实现对加工系统安装不同直径与长度铣刀时机床-刀具系统切削点频响函数的预测。在此基础上，借鉴求解铣

4、削过程稳定性ZOA方法，实现大轴向切深铣削稳定性叶瓣图的预测。首先，将机床-刀具系统划分为机床-主轴-刀柄-部分刀杆和刀具两个子结构，并进一步将刀具子结构细分为刀齿和刀杆两个子结构。采用Euler-Bernoulli梁理论分别计算刀齿和刀杆两子结构的端点响应，采用RCSA方法将刀齿和刀杆两子结构进行刚性耦合获得刀具子结构的端点响应。其次，以某五轴加工中心为对象，先将自制短棒插入刀柄以模拟插入刀柄中的部分刀杆，通过锤击试验获得机床-主轴-刀柄-部分刀杆的位移频响函数，然后采用二阶有限差分法获得机床-主轴-刀柄-部分刀杆的转动类频响函数，最后采用RCSA方法将机床-刀柄

5、-部分刀杆末端的频响函数与刀具端点响应进行耦合得到机床-刀具系统切削点频响函数。进行了相关验证试验，验证了切削点频响函数预测方法的正确性。最后，借助于预测机床-刀具系统切削点频响函数的RCSA方法及求解铣削过程稳定性的ZOA方法，系统分析了轴向切深亦即切削点位置对稳定性叶瓣图的影响，得出了获取大轴向切深铣削稳定性叶瓣图的策略与方法，实现了大轴向切深铣削稳定性叶瓣图的预测。进行了切削试验，验证了该预测方法的准确性与有效性。关键词：高速切削，响应耦合子结构法，二阶有限差分法，Euler-Bernoulli梁理论，稳定性叶瓣图IABSTRACTBecauseofitshi

6、ghprecisionandhighefficiency,highspeedmachiningorhighperformancemachininghasbeenwidelyusedinpracticalengineering.Machiningchatterwhichisassociatedwithhighspeedmachiningnotonlyseriouslylimitscuttingefficiency,butalsoreducesthemachiningqualityofpartsandevendamagesthecuttingtoolandthespin

7、dle.Itisafeasiblemethodforhighspeedmachiningorhighperformancemachiningtoselectsuitablechatter-freecuttingparameterswiththeaidofstabilitylobediagram.Inthisdissertation,thepredictionofthemachine-tool’stool-pointdynamicsisregardedastheresearchobject,theresearchonRCSA-basedreceptancecoup