薄壁件铣削稳定性与动态加工误差研究.pdf

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1、薄壁件铣削稳定性与动态加工误差研究刘彪2015年12月中图分类号：TG506UDC分类号：621薄壁件铣削稳定性与动态加工误差研究作者姓名刘彪学院名称机械与车辆学院指导教师刘志兵副教授答辩委员会主席王西彬教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月ResearchonStabilityLimitandDynamicMachiningErrorintheMillingofThin-walledWorkpieceCandidateName:LiuBiaoSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEng

2、ineeringFacultyMentor:Prof.LiuZhibingChair,ThesisCommittee:Prof.WangXibinDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:December,2015摘要薄壁件高效高精加工长期以来是国内外先进制造领域的工艺难题。主要是由于薄壁件加工工艺性差，加工过程中极易产生振动，造成零件加工质量不达标，大大增加了加工成本。因此，只有有效地避

3、免加工过程中的剧烈振动，才能实现薄壁件高效高精加工。本文主要以典型铝合金薄壁件为研究对象，对薄壁件侧铣加工过程中的动力学展开研究，主要内容如下：1．阐述了再生颤振的形成机理，建立了薄壁件铣削动力学模型和动力学方程，通过对动力学方程的稳定性进行分析和求解，得到了铣削稳定性解析表达式，分析了加工参数对铣削稳定性的影响。2．采用模态实验建立了铣削系统动态特性随铣削位置变化的关系，建立了薄壁件铣削三维稳定性图并实验验证了稳定性图的适用性，对加工表面形貌进行测量分析了颤振产生时对表面形貌的影响，铣削三维稳定性图为薄壁件铣削参数的合理选择，实现稳定性铣削和提高加工效率提供了理论依据。

4、3．建立了薄壁件铣削加工过程中动态加工误差的频域解析表达式，仿真得到了表面位置误差图，分析了铣削参数对表面位置误差的影响，采用三坐标测量机测量了不同转速下的表面位置误差，验证了表面位置误差理论建模的正确性，为铣削加工参数优化提供了理论依据；采用铣削刀齿摆线轨迹的切削厚度模型，建立了精确的铣削力模型，得到了时域的切削力和位移，求解得到相应的动态误差，包括表面位置误差和铣削残留高度，利用庞卡莱图分析了稳定铣削和发生颤振的特征。4．建立了以加工稳定性和加工动态误差为约束条件，材料去除率为研究目标的铣削参数选择模型；确立了径向切深、轴向切深和主轴转速之间的关系，得到了材料去除率的

5、等高线图，得到了材料去除率最大时相应的主轴转速和径向切深，进一步以加工精度对位置误差的约束，对稳定性最大主轴转速附近的区域进行加工参数的合理选择。关键词：薄壁件；铣削颤振；三维稳定性图；动态加工误差IAbstractHighefficiencyandhighprecisionmachiningofthin-walledworkpiecehaslongbeenadifficulttechnicalproblemofresearchathomeandabroad.Mainlybecauseofthepoormachiningprocessofthin-walledworkpi

6、ece,theprocessofmachiningisveryeasytoproducevibration,resultinginthequalityofworkpieceprocessingisnotuptostandard,greatlyincreasedtheprocessingcost.Therefore,onlythevibrationofthemachiningprocesscanbeavoidedeffectively,andthehighefficiencyandprecisionofthethin-walledworkpiececanberealized

7、.Inthispaper,thetypicalaluminumalloythin-walledworkpieceastheresearchobject,thethin-walledworkpieceflankmillingprocessintheprocessofdynamicresearch,themaincontentsareasfollows:1．Theformingmechanismofregenerativechatterisdescribed,andthedynamicmodelanddynamicequation