切削系统变刚度结构及其颤振控制方法研究

一、切削系统可变刚度结构及其颤振控制方法的研究（论文文献综述）

吴雁,何勇,宋浩然,丁志娟,叶鸣强,刘旭辉^[1]（2021）在《薄壁件切削颤振控制研究综述》文中研究说明为解决薄壁零件加工过程中出现的颤振问题,综述和分析了切削颤振控制技术中的被动控制、主动控制、半主动控制和参数调整技术的研究现状。并对现阶段国内外切削颤振控制技术的优缺点和适用条件进行了评价。针对薄壁件车削过程中出现的颤振问题,提出了基于超磁致伸缩驱动器车削颤振主动控制方案,最后指出了今后颤振控制技术的研究方向。研究结果表明:相对于普通车削,采用基于超磁致伸缩驱动器车削颤振主动控制方案,可以有效抑制颤振。

籍永建,王西彬,刘志兵,王红军^[2]（2021）在《包含刀具-工件多重交互与速度效应的铣削颤振稳定性分析》文中指出为研究刀具-工件多重交互与速度效应对铣削颤振稳定性的影响,建立了包含刀具-工件多重交互与速度效应的铣削动力学模型,阐明了无刀轴倾角状态下再生效应、过程阻尼、刀具结构模态耦合与速度效应的耦合作用对铣削颤振稳定性的影响规律,研究了不同径向浸入比下刀具-工件交互与速度效应对铣削稳定性的影响。结果表明,与只考虑再生效应的铣削动力学模型相比,当同时考虑再生效应、过程阻尼与刀具结构模态耦合时,得到的稳定性叶瓣图中颤振区域发生明显变化;当主轴转速较低时,刀具-工件之间的多重交互效应是影响铣削颤振稳定性的主要因素,速度效应对极限切深的影响可忽略不计;随着主轴转速升高,速度效应对极限切深的影响逐渐增大,稳定性叶瓣图中稳定区域呈逐渐减小趋势;在一定范围内,随着铣刀后刀面磨损带的增加,铣削极限切深逐渐增大;主轴转速一定时,径向浸入比相对较小的情况下过程阻尼对铣削稳定性的影响更加明显。采用铣削试验进行验证,结果表明,与传统动力学模型相比,构建的铣削动力学模型能够更加可靠地预测实际铣削状态。

孙杰,国凯,杨斌^[3]（2021）在《钛合金航空结构件加工刀具与工艺技术研究现状》文中认为在航空工业,钛合金用量常被作为衡量飞机选材先进程度和航空工业发展水平的重要指标之一。钛合金的优异性能也给钛合金的加工带来了巨大困难,钛合金航空结构件更是面临着材料自身难加工与工件结构复杂难加工的双重挑战。对钛合金加工刀具与工艺技术国内外研究现状进行综述,阐述目前制约钛合金高效加工瓶颈难题,介绍了钛合金加工新技术及其发展趋势。

窦炜^[4]（2019）在《基于时变时滞效应的铣削过程动力学建模及分析》文中指出机床被称为制造业的“工作母机”,是提升制造业竞争力的关键装备。因为机床和工件都不是刚体,所以在切削过程中将发生形变和振动。这会使刀具和工件偏离预定的位置关系,导致加工结果与所需零件形状之间存在误差,还会在加工表面上留下振纹,降低被加工零件的精确度和光洁度;并且如果转速和切削用量设置不当,将有可能引起切削自激振动失稳,进而导致机床振动幅度和切削力急剧增加,并在极短时间能就有可能使刀具或零件发生破坏。机床实际操作中,常常为了避免颤振失稳而以限制机床性能的充分发挥为代价,被迫降低切削用量。为了使机床使用者在面对激烈的市场竞争时候,能够迅速从机床的整个额定功率范围内选取合适的切削参数,以保证在满足不同加工精度要求的前提下获得机床实际所能发挥的最高切削效率,也为了满足机床生产厂商在研发高性能的机床时能够分析对比不同设计方案的机床切削性能的需求,需要对切削过程动力学进行深入的研究。本文将基于时变时滞微分理论和半群理论在铣削过程动力学方程求解和稳定性分析方面开展研究,并尝试建立能够更好的反映螺旋齿立铣过程特征的动力学模型,从而比现有模型更精确地预测螺旋齿立铣过程的动态特性。计算铣削力是求解螺旋齿立铣过程动力学方程的一个重要的中间环节,目前普遍采用将刀具沿轴向离散成微元段逐个计算再求和的近似方法,这种处理方法效率低且存在误差。针对这个问题,本文提出了一种改进的螺旋齿铣刀立铣切削力计算方法,给出了一种线性铣削力模型的解析计算表达式。通过与现有方法的对比分析表明,在求解铣削过程动力学方程时利用该表达式能够简化铣削力的计算过程,并且不存在刀具轴向离散导致的误差,可以有效提高螺旋齿立铣动力方程的求解效率和精确性。实验结果表明,测定比切削力系数时利用本文方法也可以简化各参数的推导过程。此外,因为基于时域解的铣削过程稳定性分析需要针对不同主轴转速和轴向切深求解铣削动力学方程,非常耗时,所以本文所提方法还有利于提高螺旋齿立铣过程稳定性分析效率。半离散法是一种简洁又强大的时滞微分系统稳定性分析方法。一方面,学者们在铣削动力学研究领域运用半离散法取得了许多新的成果,另一方面也在不断改进和拓展着半离散法。针对一阶半离散法收敛效率低而高阶半离散法相对复杂的问题,本文运用连续型龙格库塔数值方法对半离散法进行改造,提出了一种新的可以采用不同阶次龙格-库塔积分方案的半离散算法。以传统半离散法为对比基准,分析证明了所提新方法的有效性和优势——利用文中推导得出的迭代公式,可在不改变半离散法原有结构的前提下,大幅提高铣削稳定性分析的精度和效率。同时也通过实验对所提方法的铣削稳定性预测结果进行了验证。在机床和工件组成的弹性结构与切削过程所形成的动态系统中,机械结构和切削过程相互影响是在瞬时铣削力的作用下产生的,因此动态切削系统铣削过程动力学建模的关键之一在于建立精确且易于应用的瞬时铣削力模型。目前,铣削动力学研究中普遍采用的是基于“圆形刀齿轨迹铣屑模型”的铣削力模型。该模型简洁易用,但是存在系统建模误差。为了能更精确地分析动态铣削力对加工表面质量以及加工稳定性的影响,本文基于铣削过程中刀刃的真实运动轨迹——摆线轨迹,根据动态变化的未变形铣屑厚度与瞬时铣削力之间的相互作用关系,以处于切削状态的刀刃与前一刀齿尖之间方位角之差为辅助变量,建立了满足铣屑形成条件的运动学超越方程,分别给出了一种摆线铣屑模型的近似解析表达式以及一种高效的求解该模型方程的数值方法。随后,进一步给出了利用上述模型和方法在铣削过程动力学分析中完全替代传统“圆形铣屑”模型的方法。通过与现有模型和方法的对比分析,结果表明采用本文提出的模型和方法预测瞬时动态铣削力能够获得更高的精度和方程求解效率。最后,本文将摆线铣屑模型运用到螺旋齿立铣过程建模,提出了一种能够同时考虑铣刀螺旋角和进给率对铣削过程动态特性影响的新模型。该模型属于变限分布型时滞微分模型,利用高斯勒让德积分可将其转换为可以利用现有稳定性理论分析的离散型多时滞系统。通过分析发现,进给率增加不会改变铣削过程稳定性叶瓣图的基本形状,而是使除螺旋角引起的不稳定孤岛之外的叶瓣整体向主轴高转速区平移,这对于提高铣削效率非常有指导意义。

吴宝海,郑志阳,张阳,张莹,郑天飞^[5]（2021）在《面向薄壁零件加工变形与振动控制的智能装夹技术研究进展》文中研究表明薄壁零件由于其弱刚性导致的切削加工变形与振动极大地影响着产品的最终质量。合理的装夹能够控制加工变形与振动,有效提升薄壁零件的加工稳定性。随着新型传感与控制算法的发展,现代夹具逐渐向智能化方向发展,集成夹紧力控制、变形补偿、实时监测、动态反馈调整等功能于一体的智能夹具应运而生,并成为学术界和工业界的研究热点。本文梳理了薄壁零件装夹方案优化方法及其加工辅助支撑技术、综述了当前关于智能夹具架构、具体应用及其控制策略的国内外研究现状,最后总结了当前装夹方案优化及智能夹具研究方面所存在的问题并提出下一步的研究方向。

刘强,张海军,刘献礼,高大涌,张明鉴^[6]（2021）在《智能刀具研究综述》文中提出智能刀具根据加工中具体用途的不同,可实现对切削状态在线监测、数据处理、切削过程优化控制等功能,通过智能刀具的使用可改善加工过程,提高加工质量与效率,到目前为止学者们对于智能刀具的研究已取得大量研究成果。对智能刀具切削状态监测和切削过程控制两个方面的研究进展进行论述,梳理了学者们应用智能刀具对切削力、切削温度、刀具振动进行监测与控制的研究成果,对刀具结构、监测方式、控制原理、缺点不足、发展方向进行了总结与讨论。对智能刀具涉及的关键技术进行探讨,由于智能刀具涉及多学科交叉,实现的功能及采用的原理各不相同,关键技术多样,需进行多学科交叉融合,并通过产学研协同合作,推进智能刀具关键技术的深入研究及实际应用。

刘鸿志^[7]（2021）在《基于Rényi熵的铣削过程颤振稳定性研究》文中提出作为一种高效的切削加工方式,铣削加工的应用范围极广。无论是粗加工、精加工,亦或是被广泛应用于在航空、航天、和汽车制造等领域,铣削加工都随处可见。然而在铣削加工过程中,由于加工系统本身特性所引起的切削颤振会对铣削加工的质量和效率造成严重影响。颤振是指发生在切削过程中的由加工系统本身特性所引起的自激振动现象,无论是,颤振直接影响零件的表面的加工质量、损坏刀齿或机床主轴,亦或是刀具刀齿、机床主轴,颤振都会对其造成严重影响。避免发生颤振最有效的方法是根据颤振稳定性叶瓣图来选择切削参数。本文提出了一种预测颤振稳定性的新方法,该方法采用铣削过程时域仿真数据,通过一种新的时域稳定性判别方法来实现稳定性叶瓣图的预测。其主要研究内容如下为实现无颤振铣削,最有效的方法是对切削过程进行动力学建模并对其进行求解判稳,绘制颤振稳定性叶瓣图,并从中选取参数,从而实现无颤振铣削。在所有求解方法中,数值求解法的预测精度最高,但是数值求解法的判据通用性较差,因此需要对此进行改进。本文拟针对切削过程动力学微分方程求解方法,切削信号颤振稳定性判别方法以及基于Matlab GUI的用户图形界面设计展开研究,其主要内容如下:首先,考虑铣削过程中的再生效应,建立铣削过程动力学模型微分方程,在此基础上,运用变步长龙格-库塔法对铣削过程动力学微分方程进行求解,获得切削力与刀尖振幅等时域信号,并比较了两种求解方法的差异,并再通过仿真实例对变步长龙格-库塔法的求解结果进行了验证。其次,为了解决时域稳定性判据的通用性的问题,分别运用Rényi熵、Shannon熵以及Sevick维数等三种方法对稳定切削阶段的切削信号以及颤振信号进行检测分析,判断其是否能能否及时准确地判断颤振对颤振做出判断,上述三种时域判断方法进行分析对比,选择最为合适的方法作为颤振稳定性判据,并确定了颤振发生的阈值。基于Matlab平台开发了铣削过程颤振稳定性时域仿真界面,绘制了颤振稳定性叶瓣图,实现铣削过程颤振稳定性的准确预测。最后,进行了颤振验证试验,将试验结果与仿真结果对比,进行锤击试验和切削力系数辨识试验获取仿真所需的机床-刀具模态参数以及切削力系数。将切削实验的结果与所绘制的颤振稳定性叶瓣图进行对比,验证了本文所提出时域稳定性求解方法及其稳定性判据的准确性,所选取颤振判别方法的可行性以及阈值的准确性。

肖伶^[8]（2021）在《折叠翼尖部分动力学等效方法与气动弹性研究》文中研究表明目前越来越多的研究者和科研机构发现了折叠翼尖技术的潜力,开展了广泛的气动弹性研究。而折叠翼尖技术由于其涉及到多变量、多学科、多策略的交叉优化求解,因此具有相当大的复杂程度和计算量。本文针对折叠翼尖的气动弹性问题,提出基于部分动力学等效方法简便快速的对折叠翼尖模型进行气动弹性评估和技术开发,同时通过对机翼模型和部分等效的平板模型开展仿真计算进行初步验证,并应用于大展弦比模型和小展模型的折叠翼尖气动弹性研究工作,获得了不同折叠设计变量对于折叠翼尖模型的气动弹性影响规律。本文具体内容如下:基于气动弹性基本方程推导了折叠翼尖平板模型的结构动力学运动方程,并根据方程提出了部分动力学等效方法,构建了与机翼模型外形一致,质量和部分刚度等效的结构动力学平板模型,同时通过仿真计算对比了两者的结构动力学特性和气动弹性特性,验证了利用部分动力学等效方法开展大展弦比&小展弦比模型气动弹性评估的有效性,并在后续探究了应用于折叠翼尖技术开发的可行性。开展了折叠翼尖的气动特性研究,对亚声速客机机翼不同折叠角、不同马赫数、以及不同折叠展长在不同迎角下的气动特性进行了初步计算,以及通过文献调研与总结归纳的形式获得超声速战机XB-70折叠翼尖的研发历程与飞行性能,从而进一步确立大/小展弦比机翼折叠翼尖的应用形式,为后续可折叠翼尖模型提供设计参考与研究方向。进行了大展弦比机翼自适应折叠翼尖模型和小展弦比机翼主动折叠翼尖模型的气动弹性变参研究,并将部分等效的平板模型与机翼模型的结构动力学分析与气动弹性计算结果进行对比,初步验证了利用部分动力学等效方法进行技术开发的可行性。同时针对自适应折叠翼尖设计与主动折叠固定翼尖设计分别开展不同折叠设计变量的气动弹性变参分析,包括结构动力学分析、颤振分析、飞行载荷计算、离散阵风响应计算,揭示了不同折叠设计变量对于其折叠翼尖模型的气动弹性影响规律,也为后续折叠翼尖技术的研究提供了相关参考和设计依据。

王昱昊^[9]（2021）在《薄壁筒工件车削颤振稳定性分析》文中研究指明由于壁厚较薄、刚度较弱,薄壁圆柱筒工件的切削加工一直是机械行业的重点和难点。在动态切削力的作用下,工件和刀具的接触点处极易发生强烈的颤振,从而使工件表面留下振痕,严重影响加工效率及表面精度。此外,在加工过程中,由于工件材料不断被去除,以及刀具切削位置的变化,使得切削系统是一个时变系统。为此,本文从动力学建模的角度,考虑时变厚度、时变位置的影响,分析薄壁圆柱筒工件的车削固有特性,将振动系统稳定性的问题转化为临界切削宽度选取值的问题,用稳定性极限图的方式来分析切削加工的稳定性,从而在实际加工前更好的预测可能出现的振动问题。本文的主要研究内容包括:1)建立薄壁圆柱筒工件静止态的动力学方程,采用梁函数法对固支—简支和固定—自由两种边界条件下工件的固有特性进行求解,得到其固有频率及对应振型,并采用有限元软件对工件进行模态分析,求得其静止态下的固有频率及对应振型,并进行对比,验证了有限元模型的正确性。通过分析不同厚径比、长径比的薄壁圆柱筒工件固有频率的变化规律,发现随着工件厚度的不断减小、长度不断增加,工件固有频率呈现下降趋势,但各阶模态振型会发生迁移现象。为后续稳定性分析中固有频率的求解与验证奠定了基础。2)基于再生型颤振机理,分别建立单自由度、两自由度薄壁筒车削系统的时滞微分方程,采用解析法和半离散法分别对时滞项进行处理,得到相应的稳定性极限图,对比发现,半离散法允许在任何稳定切削条件下直接预测稳定状态,即半离散法适用性更强,更具备一般性。对于单自由度车削颤振系统动力学模型,根据相应的稳定性极限表达式,分析了不同加工参数对振动系统稳定性的影响规律;对于两自由度车削颤振系统动力学模型,重点研究了刀具与工件参数匹配的差异性对稳定性的影响,从而能够寻找到一个最佳的车削工况,在高效率加工的同时,有效避免颤振的发生。3)考虑切削过程中时变因素的影响,分析单次走刀下工件固有频率的变化规律,针对该时变工件,建立了有限元时变模型,获得了时变有限元极限图。通过仿真分析发现采用反向车削可以有效提高车削薄弱处的稳定性;通过对时变工件模型进行分析,发现耦合系统的稳定性在总体上呈下降趋势,但在局部会出现向上波动,这与实际也是相符的。对工件参数进行时变建模与稳定性分析可以在一定程度上准确预测颤振发生位置,为后续在线监测与控制提供参考,在车床CA6140上进行薄壁筒工件的车削加工试验,验证了时变稳定性极限图的正确性;根据试验发现,采用两自由度耦合振动系统的稳定性预测图选取切削宽度可以更可靠地预估颤振发生率。4)在对薄壁筒工件车削颤振稳定性理论分析的基础上,开发了刀具-工件车削颤振稳定性预测软件。该软件直接将理论分析结果可视化,辅助加工者在实际加工前寻找到稳定域更大的区域,并且能够计算出指定主轴转速下所对应的最大切削宽度,提高加工效率。开发该软件可以方便工程应用,节约理论研究成本,实现薄壁筒车削加工稳定性的可视性、精确性及加工高效性。

娄培生^[10]（2021）在《薄壁筒车削颤振监测方法及其表面形貌特征分析》文中研究说明薄壁筒类零件具有重量轻、结构紧凑等优点,广泛应用于航空航天、船舶、能源等领域。这类零件具有刚性低等特点,加工过程中工件与刀具之间极易产生强烈的自激振动（颤振）,使得工件表面产生振纹,严重制约加工质量和生成效率。开展薄壁筒类零件切削颤振监测方法及其表面形貌特征研究,对于保证其加工过程的稳定性、控制表面质量具有重要的应用价值。针对薄壁筒零件的车削颤振问题,本文主要的研究内容包括:首先,分别建立薄壁筒在静止状态和旋转状态下的动力学方程,得到工件在不同状态下的振型变化规律以及固有频率的变化规律。对比梁的振型,薄壁筒振型可用周向波数和轴向半波数表示。相比于静止状态而言,旋转态薄壁筒固有频率会发生分叉现象,这是由于旋转态下的工件存在柯氏效应,导致了固有频率的变化。对薄壁筒振动特性的分析为实际切削过程中工件的车削振动信号分析与特征提取提供了理论依据。其次,为实现早期颤振孕育特征的快速预警,考虑到声音传感器具有安装便捷且对工艺系统干扰较小等优点,提出了一种基于声压信号能量峭度指标的车削颤振监测方法。从时频域角度分析切削系统从稳定到颤振过程中声压信号的变化特点;随后基于小波包分解提取了目标频带的微弱颤振特征,通过目标频带的能量峭度指标来实现快速警报;最后制定监测方案并开展车削试验验证该方法的准确性和快速性。再次,研究切削参数、工件动态特性等因素对薄壁筒表面纹理形成的作用机理。通过有限元仿真获得一次完整走刀过程中,由于材料的不断去除以及刚度变化,工件随着切削位置对应模态振型的变化规律。结合切削加工原理,理论推导出的颤振频率、工件尺寸以及切削参数和工件表面条纹斜率的内在关系表达式,通过对仿真信号的展开印证了理论推导的正确性。最后,开展薄壁筒工件车削振动试验,验证薄壁筒切削颤振监测方法以及工件表面纹理特征的理论研究。当颤振发生时,工件表面的振纹与切削位置、工件模态振型及其固有频率的变化规律有着切联系。基于声压信号能量峭度的颤振监测方法能够准确地判别出颤振从稳定到萌生再到成熟的演变过程。通过提取车削试验中的车削加工参数、工件尺寸以及颤振频率等信息,仿真再现了表面振纹图案,验证了理论分析的正确性。

二、切削系统可变刚度结构及其颤振控制方法的研究（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、切削系统可变刚度结构及其颤振控制方法的研究（论文提纲范文）

（1）薄壁件切削颤振控制研究综述（论文提纲范文）

（2）包含刀具-工件多重交互与速度效应的铣削颤振稳定性分析（论文提纲范文）

（3）钛合金航空结构件加工刀具与工艺技术研究现状（论文提纲范文）

（4）基于时变时滞效应的铣削过程动力学建模及分析（论文提纲范文）

（6）智能刀具研究综述（论文提纲范文）

（7）基于Rényi熵的铣削过程颤振稳定性研究（论文提纲范文）

（8）折叠翼尖部分动力学等效方法与气动弹性研究（论文提纲范文）

（9）薄壁筒工件车削颤振稳定性分析（论文提纲范文）

（10）薄壁筒车削颤振监测方法及其表面形貌特征分析（论文提纲范文）

四、切削系统可变刚度结构及其颤振控制方法的研究（论文参考文献）

• [1]薄壁件切削颤振控制研究综述[J]. 吴雁,何勇,宋浩然,丁志娟,叶鸣强,刘旭辉. 制造技术与机床, 2021(11)
• [2]包含刀具-工件多重交互与速度效应的铣削颤振稳定性分析[J]. 籍永建,王西彬,刘志兵,王红军. 振动与冲击, 2021
• [3]钛合金航空结构件加工刀具与工艺技术研究现状[J]. 孙杰,国凯,杨斌. 航空制造技术, 2021(16)
• [4]基于时变时滞效应的铣削过程动力学建模及分析[D]. 窦炜. 昆明理工大学, 2019
• [5]面向薄壁零件加工变形与振动控制的智能装夹技术研究进展[J]. 吴宝海,郑志阳,张阳,张莹,郑天飞. 机械工程学报, 2021(17)
• [6]智能刀具研究综述[J]. 刘强,张海军,刘献礼,高大涌,张明鉴. 机械工程学报, 2021
• [7]基于Rényi熵的铣削过程颤振稳定性研究[D]. 刘鸿志. 湖南工业大学, 2021
• [8]折叠翼尖部分动力学等效方法与气动弹性研究[D]. 肖伶. 大连理工大学, 2021(01)
• [9]薄壁筒工件车削颤振稳定性分析[D]. 王昱昊. 太原理工大学, 2021(01)
• [10]薄壁筒车削颤振监测方法及其表面形貌特征分析[D]. 娄培生. 太原理工大学, 2021(01)

标签：动力学论文;  切削速度论文;  系统仿真论文;  刀具角度论文;  切削用量论文;