大型軸類零件車銑加工穩(wěn)定性研究與應(yīng)用.pdf

1、大型軸類零件的典型代表起落架是飛機(jī)正常起降的核心部件和難加工航空裝備的典型代表，其制造水平直接影響我國(guó)航空事業(yè)的發(fā)展速度。隨著我國(guó)各型號(hào)先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)的大量列裝以及通用航空領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，起落架的加工效率成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。起落架是典型的難加工零件，具有結(jié)構(gòu)尺寸大、材料硬度高的特點(diǎn)，由此帶來(lái)材料去除率大、切削力大、加工工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜以及加工過(guò)程中顫振的發(fā)生等問(wèn)題，這些都使得加工參數(shù)保守，從而導(dǎo)致加工效率低。
　　起落架的車

2、銑加工具有工況多樣、加工工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜多樣等特性。為此，針對(duì)起落架車銑加工的切削參數(shù)優(yōu)化，辨識(shí)和分析了車銑加工工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提出了工作模態(tài)下刀具端頻響函數(shù)辨識(shí)方法，研究了考慮變切深、變切厚的正交車銑動(dòng)態(tài)切削力預(yù)測(cè)模型，建立了多階模態(tài)和交叉頻響的銑削穩(wěn)定性模型以及考慮工件端動(dòng)態(tài)特性的三維銑削穩(wěn)定性模型。為了提高多階模態(tài)和三維穩(wěn)定性模型的求解效率，提出了改進(jìn)的穩(wěn)定性全離散求解算法?；谶@些理論，探索了穩(wěn)定性預(yù)測(cè)在起落架車銑加工參

3、數(shù)優(yōu)化上的綜合應(yīng)用。
　　對(duì)起落架車銑加工的主要特征進(jìn)行了分析，對(duì)各特征的加工工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了測(cè)試和分析，得到不同加工特征下的加工工藝系統(tǒng)綜合動(dòng)態(tài)特性，并歸納總結(jié)出共性關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。針對(duì)工作模態(tài)對(duì)加工工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響，提出了基于 RCSA法的刀具端頻響函數(shù)辨識(shí)模型。利用 RCSA法對(duì)機(jī)床主軸-刀柄-刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行子結(jié)構(gòu)劃分，建立了總體結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)頻域的力平衡方程，結(jié)合子結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)的約束條件，推導(dǎo)了僅需主軸頭響應(yīng)頻響函

4、數(shù)及有限元分析的工作模態(tài)下刀具端頻響預(yù)測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)了工作模態(tài)下的刀具端頻響函數(shù)辨識(shí)。該方法避免了使用昂貴的非接觸式設(shè)備及復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)處理。
　　針對(duì)起落架圓柱面的正交車銑加工，建立了考慮變切深變切厚以及偏心距的正交車銑切削力模型?；谡卉囥娂庸さ倪\(yùn)動(dòng)幾何特點(diǎn)，建立了未變形切屑形狀與主軸轉(zhuǎn)速，工件轉(zhuǎn)速以及工件直徑之間的關(guān)系。通過(guò)將刀具進(jìn)行軸向離散，考慮主軸進(jìn)給和工件旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的加工軌跡偏移角，對(duì)每一切削刃微元在切削厚度和切削

5、深度上的切入切出角都進(jìn)行了計(jì)算，基于機(jī)械力模型建立切削刃微元的切削力，并通過(guò)軸向積分實(shí)現(xiàn)了正交車銑切削力精確預(yù)測(cè)。針對(duì)起落架材料300M鋼，通過(guò)銑削實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了切削力模型的有效性。在切削力預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了工件-刀具直徑比和偏心距對(duì)正交車銑切削力的影響規(guī)律。
　　針對(duì)加工工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的多模態(tài)和交叉頻響特性，建立了考慮多模態(tài)作用和交叉頻響影響的時(shí)域穩(wěn)定性預(yù)測(cè)模型。通過(guò)對(duì)頻響函數(shù)進(jìn)行機(jī)械導(dǎo)納（動(dòng)柔度）-機(jī)械阻抗（動(dòng)剛度）的轉(zhuǎn)

6、換，實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻響函數(shù)矩陣的變換以滿足時(shí)域動(dòng)力學(xué)方程的要求。利用刀尖點(diǎn)模態(tài)歸一化方法及模態(tài)空間變換將多階模態(tài)和交叉頻響帶來(lái)的多振動(dòng)變量進(jìn)行減少，實(shí)現(xiàn)包含模態(tài)坐標(biāo)的穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)矩陣方程的建立。通過(guò)預(yù)測(cè)穩(wěn)定性加工邊界，分析了多階模態(tài)和交叉頻響對(duì)穩(wěn)定性極限的影響規(guī)律。
　　對(duì)于起落架側(cè)翼上遠(yuǎn)離中軸線位置的銑削加工，在加工動(dòng)力學(xué)方程中引入工件端的動(dòng)態(tài)特性，建立了同時(shí)考慮刀具端和工件端動(dòng)態(tài)特性的三維穩(wěn)定性預(yù)測(cè)模型。分析了工件不同加工位置和不同

7、加工階段對(duì)工件端動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律，進(jìn)而分析其對(duì)穩(wěn)定性邊界的影響。提出了改進(jìn)的全離散法，對(duì)動(dòng)力學(xué)微分時(shí)滯周期方程的狀態(tài)項(xiàng)和時(shí)滯項(xiàng)同時(shí)進(jìn)行了二階插值以提高求解精度，并證明了狀態(tài)項(xiàng)和時(shí)滯項(xiàng)的二階插值比單一狀態(tài)項(xiàng)的三階插值精度高。同時(shí)，對(duì)刀齒切削周期內(nèi)用于判斷穩(wěn)定性的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)行了一次性的建立以提高計(jì)算效率。通過(guò)計(jì)算效率和計(jì)算精度的雙重提高，在保證一定計(jì)算精度的前提下，顯著提高了時(shí)域穩(wěn)定性模型的求解效率。
　　面向起落架的車銑加工，