学位论文开题报告

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1、江苏科技大学攻读硕士学位研究生论文开题报告学科、专业：机械制造及其自动化姓名：吴春桥研究方向：切削加工力学、动力学指导教师：张胜文教授、方喜峰副教授研究生类别：全日制研究生填表时间2009年9月24日10船用柴油机关键件铣削加工动力学建模、仿真及工艺参数优化一、选题的理论意义和实用价值1、理论意义铣削加工过程仿真包括几何仿真和物理仿真（主要是动力学仿真）两种类型，然而几何仿真只能解决干涉验证的问题，却无法对直接影响加工效率和质量的各种物理因素（如切削力，温度，变形、振动等）提供必要的仿真和预测功能，原因是切

2、削加工是一个很复杂的过程，金属切削区内不仅包含有弹性变形、塑性变形、切削温度和摩擦等因素的影响，而且机床、刀具和工件三者在切削过程中，共同构成了一个复杂的动力学系统，其动力学特性对切削过程有着直接的影响，具有明显的非线性性和混沌现象。随着对生产加工过程高效率、高精度的要求，单纯的几何仿真技术已经不能满足现代生产的需要。在实际应用中，铣削力、振动和变形等因素已经成为直接影响加工过程优劣的关键。加工过程的动力学仿真技术是在几何仿真的基础上，从动力学的角度对整个加工过程中的各种物理量、物理因素进行建模、仿真和分析

3、。在实际加工前，通过动力学仿真技术预测出不同切削参数与物理量之间的相互关系，预先对加工质量进行评估。切削参数数据库的建立和完善离不开加工过程动力学仿真优化技术。一方面，动力学仿真优化技术为切削参数数据库提供参数来源和技术支持；另一方面，切削数据库也是仿真优化系统进一步改进和完善的条件。利用传统的切削实验方法获取切削数据不仅时间长，而且成本高，不适合我国国情；而利用现代切削过程动力学仿真优化技术可以在少量实验的基础上，借助于数学模型、工程分析和仿真的方法，快速、有效地获得大量的切削参数数据。与采用普通试切法确

4、定工艺参数的方法相比，这种基于数控加工过程动力学仿真优化技术建立切削数据库的方法具有较强的理论背景和较高的技术含量，同时节省相应投入的研究经费。此外还应当看到，西方发达国家对数控加工领域内的切削过程仿真优化技术进行了较早且较为深入的理论研究和实际应用，具有较高的技术水平，其主要研究成果已经成为相应的商业化应用软件；相比之下，我国无论在理论研究和实际应用方面还比较落后。同时，作为现代先进制造技术学科领域内的一个研究方向，也有必要对加工过程动力学仿真优化技术进行深入、系统的研究。因此着眼于加工过程动力学建模仿真

5、研究具有重要的理论价值和创新意义。2、实用价值我国海军舰船的推进动力主要采用大功率中速柴油机。作为舰船的心脏，柴油机是海军有效战斗力和生存的关键，其中大功率中速柴油机关键零件是否能达到高质量并自主制造，直接影响到舰船的作战能力。同时柴油机也是民用船舶的重要动力，是船舶配套设备中的核心设备，其价格占整船价格的10﹪～20﹪。因此提高柴油机的加工制造水平是提升柴油机性能、降低整船成本的有利途径，也是增强我国船舶竞争力的重要筹码。因而当今柴油机制造厂家普遍关注的问题就是如何在现有的数控加工设备的基础上高效率、高精

6、度地完成柴油机体的加工，发挥先进加工设备的优势[1]。针对影响船用柴油机关键件加工质量的现实问题，本课题选择船用柴油机机体关键件为研究对象，重点研究大功率中速柴油机的机架、连杆等的铣削加工工艺参数选择的问题，在充分考虑铣削过程中机床-主轴-刀具系统和工件系统的动态特性对加工过程影响的前提下，把铣削加工过程动力学建模仿真的结果作为多目标工艺参数优化的约束条件，以更加接近实际加工过程为目标，彻底改变以往的工艺参数选择10都是建立在试切和工人的加工经验这一弊病，同时为建立相应零件加工的工艺参数数据库系统提供有益的

7、指导。综上所述，针对船用柴油机关键件的铣削加工过程进行动力学建模与仿真研究，根据仿真结果对切削参数进行优化，不仅在理论上有创新，而且对于提高数控机床的加工效率和产品质量有着非常重要的现实意义。二、课题的国内外研究现状及分析1、铣削加工过程铣削力建模仿真研究现状①切削力系数辨识切削力系数是预测切削力的重要环节，切削力系数的精确程度直接影响了切削力的仿真结果。因此，长期以来引起了很多学者的关注，提出了各种各样的切削力系数模型。第一种方法是通过建立正交切削数据库，考虑刀具的几何参数并根据通用的斜角切削分析来推导出

8、切削力模型[2,3]。第二种方法是针对特定的铣刀-工件组合通过切削试验来辨识切削力系数[4-6]。②铣削力建模在通用切削力建模方面：Engin和Altintas建立了通用螺旋铣刀几何模型及其切削力模型，根据铣刀的运动轨迹并考虑刀具和工件的动力学特性参数来确定每个离散位置处的切屑厚度和瞬时切削力[7]。此外，Engin和Altintas还提出了面向可转位铣刀的通用数学模型，以实现对其切削力、振动和颤振的预测[8]。