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Cr13不锈钢插铣加工过程颤振稳定性研究

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第1章 绪论

1.1课题研究目的及意义

1.2铣削动力学及稳定性研究现状

1.3插铣动力学及稳定性研究现状

1.4课题来源及主要内容

第2章 Cr13不锈钢插铣瞬时切削力建模

2.1引言

2.2插铣瞬时铣削力建模

2.3插铣铣削力系数辨识

2.4插铣铣削力仿真

2.5本章小结

第3章 插铣过程动力学建模及仿真

3.1引言

3.2插铣加工过程动力学建模

3.3插铣瞬时切厚模型

3.4大长径比插铣加工系统的模态试验

3.5插铣加工过程动力学时域仿真

3.6本章小结

第4章 插铣过程颤振稳定性分析

4.1引言

4.2半离散时域法

4.3 Cr13插铣加工稳定性分析

4.4插铣刀动态特性对加工稳定性的影响

4.5 Cr13插铣加工过程稳定性实验

4.6本章小结

第5章 插铣稳定性试验研究

5.1引言

5.2颤振过程的分析方法

5.3 Cr13插铣加工实验

5.4基于Lyap unov指数的插铣加工过程稳定性预测

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢

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摘要

插铣作为一种新型的加工方法,因其材料去除率高、加工过程稳定等特点,广泛的应用于航空航天、水电能源及模具制造等行业。冲击式水轮机的水斗材料为Cr13不锈钢,其插铣加工所需刀柄的长径比达14.9:1,在流道开粗时,易发生颤振,降低加工表面质量,尤其是在进行大余量加工时,刀片容易发生破损,严重制约着加工成本。因此,为获得满足异型曲面插铣加工过程高效稳定切削的工艺方案,对插铣加工稳定性进行以下研究:
  针对插铣加工特点,依据刚性力理论建立未考虑振动的插铣切削力模型。通过将插铣刀底刃离散成微元来求取微元的切削力,对其叠加及坐标变换得到各方向铣削力。建立适用于插铣的铣削力系数辨识模型,并基于此模型和Cr13不锈钢插铣实验辨识铣削力系数。运用所编制的仿真程序对铣削力进行预测,通过与实验对比验证了所建模型及所求系数的准确性。
  本文建立插铣三自由度动力学模型及考虑再生效应的插铣切厚模型,对大长径比的插铣系统进行试验模态分析,利用模态分析软件识别出插铣加工系统的模态参数,并进行插铣时域仿真,同时为后续插铣颤振稳定域提供理论及参数支持。
  在插铣三自由度动力学模型基础上,基于半离散法对其求解,得到相应的插铣颤振稳定域预测图。采用控制变量的方式,通过仿真探索插铣加工系统动态特性(固有频率、阻尼比和刚度)对稳定域的影响,研究结果表明提高插铣系统的固有频率、阻尼比和刚度均能提高插铣过程的稳定性,但对稳定性影响程度有所差异。
  基于变切深实验的方法研究大长径比下Cr13不锈钢插铣加工颤振稳定性,以最大Lyapunov指数为阈值来绘制插铣颤振稳定性曲线,进一步研究大长径比下Cr13不锈钢插铣过程的稳定性。
  本文的研究可以实现Cr13不锈钢插铣加工时域仿真预测,指导大长径比下Cr13不锈钢插铣加工参数的优选,对插铣加工稳定性研究具有一定意义。

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