本书针对多轴侧铣与多轴球头铣削的颤振稳定性问题开展研究。研究了高阶插值方法对计算铣削稳定性叶瓣图收敛速度与计算精度的影响,提出了新的铣削稳定性叶瓣图求解方法;以侧铣与球头铣削为研究对象,采用理论建模与实验验证相结合的方式,构建了包含主轴系统-刀具-工件交互效应的多轴侧铣、多轴球头铣削动力学模型;揭示了主轴系统-刀具-工件交互效应对铣削稳定性的影响机理;建立了刀轴倾角与铣削稳定性的映射关系;通过铣削实验对构建的多轴铣削动力学模型进行验证,证明了动力学模型在预测铣削稳定性方面的有效性;将构建的铣削动力学模型用于预测微型发动机零件加工过程的切削状态,选取无颤振加工参数,实现了复杂结构件的高效、稳定加工。
全书分为5部分,由8章构成,各章节具体研究内容如下:
第一部分(第1章)首先对本书的研究背景与研究意义进行介绍,指出研究主轴系统-刀具-工件交互效应对多轴铣削稳定性影响机理的必要性。然后进一步从主轴系统动力学建模、稳定性叶瓣图求解方法、三轴铣削稳定性分析与五轴铣削稳定性分析等几个方面的研究现状与发展趋势进行论述,在此基础上引出本书主要的研究内容与研究思路。
第二部分(第2章)分别用不同阶数的插值多项式逼近铣削动力学方程的状态项、时滞项与周期系数项,研究不同插值方法对稳定性叶瓣图收敛速度与计算精度的影响。提出一种新的稳定性叶瓣图求解方法——三阶埃尔米特-牛顿插值法,本方法用三阶埃尔米特插值多项式逼近状态项、用三阶牛顿插值多项式逼近时滞项、用一阶牛顿插值多项式逼近周期系数项。结果表明,与现有方法相比,本方法具有更快的收敛速度与更高的计算精度,为研究主轴系统-刀具-工件交互效应对铣削稳定性的影响奠定了可靠基础。(www.daowen.com)
第三部分(第3、4、5、6章)研究了主轴系统-刀具-工件交互效应对三轴、五轴铣削稳定性的影响。建立了综合考虑再生效应、刀具结构模态耦合与过程阻尼多种效应耦合的多轴铣削动力学模型,分别研究了刀具与工件之间多种交互效应对三轴侧铣、三轴球头铣削稳定性的影响规律。运用建立的三轴侧铣动力学模型研究了稳定性叶瓣图在顺铣、逆铣操作下,随铣刀径向切深的变化规律。通过铣削实验验证了建立的三轴侧铣、三轴球头铣削动力学模型在预测三轴铣削稳定性方面的有效性。在三轴侧铣、三轴球头铣削动力学模型的基础上,建立了包含主轴系统-刀具-工件交互效应的五轴侧铣、五轴球头铣削动力学模型,研究了再生效应、刀具结构模态耦合与过程阻尼对五轴侧铣、五轴球头铣削稳定性的影响机理。揭示了多种交互效应下刀轴姿态对五轴侧铣、五轴球头铣削稳定性的影响规律。通过五轴铣削实验验证了动力学模型的有效性。
第四部分(第7章)研究了高速切削状态下主轴系统-刀具-工件交互效应对多轴铣削稳定性的影响规律。建立了主轴系统动力学模型,基于该模型研究了高速状态下主轴系统的陀螺效应、离心力对刀尖动态特性的影响,建立了主轴转速与刀尖固有频率之间的映射关系,提出了考虑速度效应(陀螺效应、离心力、轴承刚度软化)与刀具-工件交互效应的五轴铣削动力学模型,对高速铣削条件下主轴系统-刀具-工件之间的交互机理进行了深入研究,揭示了高速切削状态下五轴铣削稳定性的动态演变规律,通过实验验证了模型的有效性。
第五部分(第8章)基于之前章节提出的三阶埃尔米特-牛顿插值法与考虑主轴系统-刀具-工件交互效应的五轴侧铣、五轴球头铣削动力学模型,分别得到针对铝合金五轴侧铣与钛合金五轴球头铣削的稳定性叶瓣图,选取无颤振加工参数,对微型发动机的气缸(铝合金)与转子(钛合金)进行加工实验。结果表明,采用建立的动力学模型获得的稳定性叶瓣图能够准确预测铣削状态,可实现微型发动机零件的高效、稳定加工。
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