金屬切削過程動力學(xué)建模及動態(tài)性能分析.pdf

1、切削顫振和機床的動態(tài)性能是金屬切削加工過程中影響工件表面質(zhì)量的主要因素之一，尤其在加工細長軸工件時，由于長徑比大、支撐剛性弱等原因，切削振動往往更加劇烈。因此建立準(zhǔn)確的工件切削過程模型進而研究影響振動幅值大小的因素、對機床動態(tài)性能進行分析一直是國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者研究的重點問題之一。目前國內(nèi)外學(xué)者所建立的切削動力學(xué)模型不能完全反映工件所受切削力的實際情況，且建立的模型只適合于長徑比較小工件的加工情況；由于未考慮結(jié)合部參數(shù)而對機床動態(tài)性能的仿真

2、分析結(jié)果不準(zhǔn)確。針對上述問題，本文分別基于橫向和縱向振動理論建立細長軸車削過程的動力學(xué)模型，通過仿真研究了切削用量和工件長徑比的變化對細長橫向和縱向振動的影響,并通過車削實驗驗證理論模型的正確性；考慮固定、滾動結(jié)合部的剛度參數(shù)建立了數(shù)控銑床的有限元模型，對整機及其典型部件進行了模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和實驗研究。論文主要研究工作和研究成果如下：
　　(1)建立了細長軸車削過程的橫向動力學(xué)模型?；跈M向振動理論建立了細長軸車削過程的振動

3、模型，并從力學(xué)及數(shù)值分析角度求解了切削力引起的工件振動響應(yīng)。在Matlab軟件中通過仿真研究了切削用量和工件長徑比的變化對工件振動響應(yīng)的影響。設(shè)計了以背吃刀量、進給量、主軸轉(zhuǎn)速及工件長徑比為變量的四因素三水平正交車削實驗，分析四個因素對工件切削力的影響。揭示了細長軸車削過程的橫向動態(tài)特性。
　　(2)建立了細長軸車削過程的縱向動力學(xué)模型?；诳v向振動理論建立了細長軸車削過程的縱向動力學(xué)方程，通過理論推導(dǎo)及數(shù)值求解得了到細長軸工件在

4、軸向力下的縱向振動響應(yīng)公式。在ANSYS中通過理論模態(tài)分析研究了切削點位置和工件質(zhì)量的變化對切削系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。
　　(3)考慮關(guān)鍵結(jié)合部的剛度參數(shù)建立了數(shù)控系統(tǒng)的有限元模型并對其進行了動態(tài)性能分析。以一臺FA-32M三軸立式數(shù)控銑床為研究對象，論述了其進給系統(tǒng)結(jié)合部的簡化建模方法，基于吉村允效法計算了立柱與床身固定結(jié)合部的剛度參數(shù)、基于Hertz接觸理論計算了進給系統(tǒng)滾動結(jié)合部的剛度參數(shù)，建立了整機的有限元模型；對工作臺進行