立铣再生颤振闭环控制系统的设计

基于再生颤振机理,研究和建立动态铣削加工振动系统的闭环控制系统,以及其传递函数模型.应用模态分析理论,研究加工振动系统的复模态振型,实现其传递函数矩阵模态参数,包括模态质量、模态阻尼和模态刚度等的辨识,为动态铣削加工振动的预估和有效控制奠定理论基础.     

薄壁零件铣削加工系统动态特性测试与分析

为预测薄壁件的铣削加工稳定性,采用有限元模态分析方法和试验模态分析方法,分别分析刀具子系统和工件子系统的动态特性.根据薄壁零件的振型模态,划分表示工件在加工过程中动态特性变化的不同加工阶段、选取能够在刀具切削位置激起振动位移的高阶动态频响模型作为预测切削稳定性的有效振型.对于薄壁零件的铣削加工,建立由刀具子系统和工件子系统相互作用的、考虑加工阶段并取决于有效振型的加工系统结构传递函数.稳定性预测结果与试验结果基本相符,证明系统传递函数的测定精度较高.     

在Matlab/Simulink环境下的动态铣削力仿真

以圆周铣削颤振理论为基础，考虑瞬态切屑厚度及刀具有效前角对动态铣削力的影响，建立一种更准确且更实用的圆周铣削过程的动力学模型．运用数字仿真技术，在Matlab／Simulink环境下建立铣削力系统的计算机仿真模型；利用已有的试验数据，对动态铣削力模型进行了仿真研究．仿真结果表明，该模型的有效性和合理性，能够正确反映铣削力与各种切削参数之间的关系以及刀具的振动状态．     

用复模态理论讨论状态矩阵对角化问题

首先介绍了复模态理论,然后利用线性阻尼离散系统的自由振动微分方程的左右特征向量,推导出状态矩阵与振动系统的左右特征向量之间的关系。最后根据状态矩阵的左右特征向量系的正交性,对给出的状态矩阵进行对角化。从而实现振动微分方程的降阶与解耦。     

铣削加工振动影响因素分析

为了解决铣削振动的影响因素难以确定的问题,建立了铣削系统二自由度模型,利用切削厚度分析的方法进行了切削力分析;利用动力学方程,根据方程中的各参量,确定了主轴转速、轴向切削深度、进给速度和径向切削深度四个切削参数是影响铣削振动的主要因素。通过正交切削实验,确定了各切削参数对铣削振动的权重排序,得出切削速度是铣削振动的最主要的影响因素的结论。为研究铣削加工振动稳定性研究奠定了理论基础,同时也为利用变参数切削振动控制确定了首选控制参量。     

一般线性多自由度阻尼系统的广义复模态理论

本文用状态空间法得出了一般线性多自由度阻尼系统(包括非对称系统)振动分析的广义复模态理论,推导了强迫振动响应与频响函数的广义复模态展开式,详细讨论了广义复模态理论的特性,包括实模态、复模态与广义复模态理论之间的统一性。     

高速铣削系统切削力动态分析

工件的切削加工与过程动态力学之间存在着必然的内在联系.由于铣削系统中的振动,特别高速铣削加工过程中的振动,在运用KISTLER测力计系统测量切削力时,通常会出现信号失真现象.文章进行了铣削系统的动力学分析,测量了切削过程中工件的振动,估算了工件的惯性力、测力计等效质量和测定的力学数据增量.试验结果表明,高速铣削硬钢构件时的振动,是由较强的冲击、切屑形成机理以及共振所产生,这些因素在分析切削力和切削过程时不容忽视.     

动态铣削过程的稳定性分析

本文用数字仿真方法对动态铣削过程的稳定性进行了分析,提出了在时域计算极限切削宽度的方法,在计算过程中考虑切削过程中阻尼因素的影响,最后并结合X53T立式铣床模态参数和给定的铣削条件进行了试算,计算和试验的结果得到了较好的符合。通过本文的研究表明,数字仿真方法是分析动态铣削过程和判别稳定性的一种很有效的方法。     

立铣动力学系统模态参数辨识及实验

设计完整的铣削加工模态分析实验和动力学实验,完成铣削力和振动信号的采集和分析,并以刀具振动系统为例提出模态参数辨识计算方法.对比动力学实验测量和计算机仿真信号的时域幅值、功率谱特性可知:基于实验模态分析实现系统模态参数辨识技术路线可行,预测精度较高,可较好地应用于铣削力-振动等信号及其时域和频域特性的动态仿真.     

频谱分析法铣削稳定性判定

利用庞加莱原理,分析了稳定切削与不稳定切削时振动信号频域特征的不同点.搭建了铣削振动检测系统,通过对铣削振动信号的频域分析,验证了铣削强迫振动的频域特征是在低频段的刃通过频率及其二、三倍谐波频率处出现峰值;发生切削颤振时,在高频段出现峰值,因此,振动信号频谱图中非刃通过频率处及其二、三倍谐波频率处出现峰值是发生切削不稳定的结论.     

基于振动信号时域分析法的铣齿机故障诊断

高速干切数控螺旋锥齿轮铣齿机在铣齿加工过程中存在振动现象明显、稳定性差、加工精度低,所加工的工件齿面有振纹等技术问题。为了解决这些问题,通过对铣齿机的结构和切削受力进行分析,建立了铣齿机刀具主轴系统的振动模型。依据振动模型设计了基于铣齿机的振动测试实验方案;并完成了振动信号的采集。在信号处理中,为了从实验数据中解析出故障特征信息,采用了时域分析法中的波形诊断方法和数值分析诊断方法。根据振动信号的时域分析结果,得出了机床产生振动的根源,即机床主轴存在轻微的不平衡、主轴前轴承存在损伤和刚度不足的问题。研究结果为机床结构的优化设计提供了参考依据。     

机床动态切削建模中的相位关系

通过分析以往实验数据,对比机床动态切削新老模型和引进闭环系统观点,证明只需要在切削过程子模型中考虑切削振动位移的影响,多质量多自由度整体模型会自动体现切削力与切削振动间的相位差别。建立了相位差别同机床结构动态特性间的函数关系,阐明新模型还包含了再生效应,当前与先前切削振动间的相位差别,可以描述有限振幅不稳定切削,体现了振型关联效应。     

完全烧结牙科氧化锆陶瓷延性域铣削的研究

为提高完全烧结牙科氧化锆陶瓷的加工质量,降低加工成本,进行了陶瓷铣削的延性域试验研究. 根据小切削量条件推导得出铣削深度与其它切削参数的关系式,同时根据能量法估算出理论脆延转变临界切削深度值. 进行了不同铣削深度下的铣削试验;利用扫描电镜观测代表不同铣削深度的试样表面形貌,得出陶瓷的实际脆延转变临界铣削深度值. 根据试验的结果,综合运用应力均布效应理论和滑移理论阐释了陶瓷铣削脆延转变的机理. 通过切削力、切削温度、表面粗糙度和表面残余应力的测量和分析,研究了陶瓷延性域铣削的性能. 切削性能研究结果表明陶瓷延性域铣削可行,实现了高质量的表面加工.      

路面铣刨机铣削阻力及其参数影响规律分析

通过对路面铣刨机铣削装置的工作方式、工作原理、刀具布置和铣削运动的理论分析，建立了刀具铣削受力计算的数学模型．利用该数学模型，计算出在铣削过程中刀具处于最大铣削深度时的铣削受力，分析刀具运动参数和几何参数与铣削受力之间的关系，并运用计算机仿真，得出给定条件下刀具参数对刀具铣削受力的影响规律．     

立铣加工切削力和振动的计算机仿真与实验

在改进的非线性立铣加工铣削力数学模型和动力学方程基础上,采用变步长数值积分算法(四阶显式Runge-Kutta算法),建立动态铣削加工过程的计算机仿真模型.通过铣削加工动力学实验,对仿真模型输出的铣削力和铣削振动的时域特性预测精度进行验证,进一步对其频域特性进行分析.结果表明,该仿真模型作为高效低耗的研究平台,可较好地用于立铣加工铣削力与铣削振动的预估及其频域特性分析.     

数控铣床切削颤振全反馈控制系统设计

为了对切削颤振进行检测与控制,自主设计了基于专家系统的数控铣床切削振动控制软件.依据切削振动信号的变化,根据专家系统的原理,得到机床控制参数.将该参数反馈到数控机床控制系统的PMC中,能够有效地控制机床的主轴转速、进给速度等切削用量,实现了对切削振动的全反馈自动控制.有效地控制了切削颤振,从而在不影响加工质量的前提下,实现高效切削.研究对专家系统原理应用于对数控机床切削颤振的控制有突破,该成果可以广泛应用于各类数控机床.     

钛合金Ti6Al4V铣削加工过程阻尼模型稳定性预报

钛合金的导热系数小、化学亲和性大,易与摩擦表面产生黏附现象,在加工过程中容易产生变形,导致切削力的波动,引起系统的振动.针对这种难加工材料,往往采取低速切削.在低速加工过程中,刀具与工件加工表面之间产生的过程阻尼对系统的稳定性影响尤为显著.以钛合金Ti6Al4V为研究对象,进行铣削加工实验,以基于摩擦颤振原理的过程阻尼模型为动力系统模型,给出其稳定性分析的全离散预报方法,得到的稳定性Lobe图与加工实验数据相吻合,有效地预报了钛合金Ti6Al4V在低切削速度条件下的加工稳定性,可以减少刀具磨损,提高加工质量.