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.     

镜像铣加工过程中薄壁工件变形和振动的预测

镜像铣是大型薄壁工件加工的有效方法,在航空航天等重要领域有着广泛的应用.镜像铣加工过程中薄壁工件的变形和振动是影响加工精度的主要因素,如何准确预测镜像铣加工过程中薄壁工件的变形和振动是优化加工参数、提高加工精度的关键问题.本文基于金属切削原理并考虑了薄壁工件加工过程中的弯曲变形和铣削力相互作用,建立了铣削力预估模型.在此基础上,结合薄板小变形理论和有限元法,建立了考虑加工过程中材料去除和铣削力与支撑同步运动的薄壁工件镜像铣动态力学模型.通过仿真模拟,研究了支撑刚度、支撑阻尼、主轴转速和进给率对薄壁工件变形和振动的影响规律.结果表明,在镜像铣加工过程中薄壁工件的变形随着支承刚度的增加而减小,振动幅值随着支撑阻尼的增加而减小.最后,对6061铝合金薄板的镜像铣加工实验与本文建立模型的时域和频域信号进行了比较.振动数据采集点处的模型预测结果与实验相差小于5%,二者对比结果表明所建立的模型能够对薄壁工件加工过程中的变形和振动进行准确的预测.镜像铣加工相比于直接铣削加工,薄板加工点处的振动幅值从71.61μm减小到5.71μm,对比结果表明柔性支撑结构能够有效地减小加工过程中薄壁工件的振动.本文...     

Cr12插铣铣削力分析与建模

插铣铣削方式是实现金属高切除率最有效的加工方法之一,在模具制造业和航空制造业中有着较为广泛的应用.本文针对冷作模具钢Cr12,设计了三因素四水平正交试验,搭建了三向插铣铣削力测试系统,分析了切削用量对插铣铣削力的影响,建立了基于BP神经网络的插铣铣削力模型,实现了对插铣铣削力的准确预报,为实际插铣Cr12加工过程提供指导,为插铣参数的优化提供依据.     

铝合金地铁车体边梁机加工裂纹仿真分析与研究

在某铝合金地铁车体边梁的机加工过程中,加工后型材立筋根部出现裂纹,经电镜扫描为疲劳断裂.为解决此问题,本文采用显式动力学方法,对铝合金采用J-C本构模型进行多工况模拟仿真计算.经过计算发现,在立式铣削的加工方式下,立筋根部承受比较大的交变应力,而当更换加工方式为卧铣时,立筋根部交变应力得到明显改善.经实际操作验证本文卧...     

端铣加工工件变形仿真预测方法研究

研究端铣加工变形的仿真预测方法.将理论计算与有限元方法相结合,提出采用加工过程离散与载荷等效的方法将瞬态铣削力和瞬态铣削热作为动态载荷施加于工件的有限元模型上,应用间接热-结构耦合场分析方法,模拟复杂工件的三维铣削加工过程.预测了工件在铣削力和铣削热作用下的变形情况.通过实例仿真及分析结果与实际加工情况的对比,验证了所提出的仿真预测方法的可行性与有效性.     

38CrSi高强度钢端铣铣削力系数实验研究

建立了端铣动态铣削力模型和铣削力系数经验模型,进行了38CrSi高强度钢端铣实验,采用偏最小二乘法对铣削力系数经验模型系数进行辨识,分析了切削参数及其互交作用对铣削力系数的影响变化规律.实验结果表明:在选定的实验范围内,铣削力模型和铣削力系数经验模型均具有较高的精度;每齿进给量对铣削力系数影响最显著,轴向切削深度次之,切削速度影响最小;切削参数之间的交互作用可以忽略.     

微铣削力在高速微尺度加工中的实验研究与分析

对微铣削过程中微铣刀刀刃受到的微铣削力进行测量,并研究其特性和变化规律.从理论角度对螺旋立铣刀的受力机理进行重点分析.借助现有的微铣削实验平台,选择典型的工件材料并设计相应的实验方法.对加工不同材料工件的刀具所受到的微铣削力进行分析,获得了微铣削力的特征和变化规律.实验结果表明:刀具受到的微铣削力随着微铣削参量的变化而变化,其变化规律与加工工件的材料性能密切相关.微铣刀刃径、每齿进给量、轴向铣削深度和材料的晶粒尺寸是引起尺寸效应的主要因素.     

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．     

非对称渐开线圆柱齿轮建模与扭转振动仿真

为研究非对称渐开线圆柱齿轮的动力学特性,在对传统的非对称齿轮扭转振动模型进行动力学等价变换的基础上,建立了基于虚拟样机技术的非对称齿轮动力学模型. 利用该模型,综合考虑齿轮啮合过程中时变啮合刚度和啮合阻尼的影响,进行对称及非对称齿轮振动特性的时域和频域分析,并与数值仿真和实验研究的结果进行比较. 结果表明:该模型仿真与数值仿真和实验研究的结果相吻合.     

钛合金Ti6Al4V铣削加工中切削力的三维数值模拟

结合航空钛合金立铣加工的实际情况,提出了主、副切削刃同时进行切削的螺旋齿双刃切削有限元模型,进而利用该模型对航空钛合金Ti6A l4V进行了铣削加工切削力的三维数值模拟研究,得到了铣削过程中切削力的变化曲线和数值,揭示了铣削过程一个周期内切削力的变化规律.通过铣削力实验测得了相同切削条件下的切削力,实验结果与有限元模拟结果较为一致,证明所建立的有限元模型是正确的,可用于预报铣削力值.切削力三维数值模拟的研究为钛合金这种难加工材料切削加工工艺参数优化、刀具的合理选择及其优化设计奠定了基础,同时也为进一步有效控制钛合金航空薄壁零件因切削力作用引起的加工变形提供了新的研究手段.     

二刃球头铣刀铣削力建模与仿真研究

通过瞬时切削力模型、瞬时切削合力模型、每转平均切削力模型等建立球头铣刀铣削力模型.建立球头铣刀三维实体模型并导入ANSYS中,对球头铣刀进行静态分析和模态分析.仿真结果表明,球头铣刀在加工中的变形量较小,承载的最大应力在材料性能允许的范围内.球头铣刀在外力作用下的振动频率离固有频率较远,不会发生共振现象,由此引起的刀具振动和变形较小.     

铣削力/扭矩的解析卷积模型

为预报螺旋端铣刀铣削力和扭矩 ,建立了一个铣削解析卷积模型。铣削扭矩是铣削过程中一个重要的物理量。通过分析单位铣削力和扭矩之间的关系 ,可以获得铣削扭矩的傅里叶级数多项式 ,得到铣削扭矩在频域中的解析卷积表达式。结合铣削力的解析卷积模型 ,建立了 6维铣削解析模型。利用 kistler测力仪进行了一系列铣削实验 ,验证了模型能够对铣削力和扭矩的大小进行较准确地预报 ,从而实现了对铣削加工过程中力和扭矩的仿真计算     

用AR模型分析铣削加工过程的稳定性

以时间序列与系统分析理论为基础，通过建立实测铣削信号的ＡＲ（ｎ）自回归系统模型，系统研究了铣削过程中振动能量与切削状态的关系以及各振动模态的阻尼变化与初削状态的定关系。试验分析表明：在不同的切削状态下，铣削振动系统总的振动能量基本上保持不变；而铣削振动系统的结构薄弱模态所占有的能量和振动阻尼则随系统切削状态变化而波动较大，且有突发现象。两者皆可以作为定量分析和识别铣削加工过程稳定性的重要特征量。     

基于平均切削厚度钛合金TC4铣削机理

选用航空领域应用最广泛的钛合金TC4,基于平均切削厚度进行大量铣削试验,通过切削温度、切削力、切削振动、切屑变形等方面研究其铣削机理.试验结果表明,平均切削厚度是影响铣削性能的重要参数;保持平均切削厚度不变,在一定范围内调整径向切削深度和每齿进给,不论是切削温度、切削力还是振动变化都很小,可以认为具有相同的切削效果.同时,还归纳出不同铣削速度段下切削温度随平均切削厚度的变化规律及切屑变形的特性,并指出选择合适的平均切削厚度进行铣削加工TC4,不仅可以提高刀具耐用度而且可以改善加工表面质量.     

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.     

球头铣刀加工钛合金零件的铣削力特性

在钛合金的铣削加工过程中,切削力特性将对零件的最终加工质量有重要的影响.对用球头铣刀铣削钛合金工件的切削力特性进行研究.首先建立了用球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的切削力数学模型,并通过编写程序求解得出了瞬时切削力及其变化规律;其次建立了球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的有限元仿真分析模型,获得了铣削过程中铣削区域的应力场、温度场等;最后设计并完成了切削力测试实验,将得到的实验数据进行了正交分析.结果表明切削参数对平均铣削力影响程度大小的顺序为:轴向切深、每齿进给量、径向切深和主轴转速.     

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。