高效精密切削及其振動特性的研究.pdf

1、高效精密切削加工是以高速加工技術(shù)為手段，以精密加工質(zhì)量為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本和高質(zhì)量三者有機(jī)統(tǒng)一的一種綜合切削加工技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。隨著切削速度的提高，切削過程中的振動對生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量以及加工穩(wěn)定性影響也隨之增加，成為影響和制約高效精密切削技術(shù)發(fā)揮其優(yōu)勢的一個(gè)關(guān)鍵因素。本文以精密車削和高速銑削為背景，對高效精密加工中的切削力、切削系統(tǒng)的動態(tài)特性、切削振動及其穩(wěn)定性以及加工表面形態(tài)等進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究

2、，主要研究工作及其創(chuàng)新成果為：
　　 首先，運(yùn)用坐標(biāo)變換方法，給出了包含刀具主偏角的斜角切削加工切削力的理論公式，在此基礎(chǔ)上，利用微分法建立車刀刀尖圓弧和球頭銑刀的切削力數(shù)學(xué)模型，其數(shù)值計(jì)算與有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，本研究建立的模型所預(yù)測的切削力與精密車削力和球頭銑削力的變化趨勢基本吻合，驗(yàn)證了該模型的有效性，并通過頻譜分析技術(shù)探討斜角加工中切削力變化的主要成因。
　　 其次，利用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法研究了精密車床和高速加工中心的動態(tài)

3、特性變化，特別是機(jī)床主軸連接刀柄系統(tǒng)（工件）前后的動態(tài)特性變化，以及刀具懸臂長度、夾緊力和刀具（工件）的裝夾方式等對主軸動態(tài)特性的影響，從而系統(tǒng)深入地揭示出切削系統(tǒng)的動態(tài)特性，為實(shí)現(xiàn)切削系統(tǒng)的振動控制及其穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。
　　 第三，針對高速精密切削系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和受力都比較復(fù)雜的特點(diǎn)，對空轉(zhuǎn)條件下和高速切削過程中刀具和主軸的振動等進(jìn)行檢測并進(jìn)行對比分析，首次定量地描述了在不同的工具材料、不同的切削用量等條件下刀具/主軸的振動變化規(guī)

4、律，探討了引起切削振動的內(nèi)在原因及其與切削力之間的相互關(guān)系。
　　 第四，研究了高速切削過程中自激振動機(jī)理、特性及其穩(wěn)定性，探討了機(jī)床系統(tǒng)的動態(tài)特性、切削過程的動力學(xué)參數(shù)和切削用量以及銑刀齒數(shù)對切削穩(wěn)定性的影響，給出了不同條件下的切削系統(tǒng)穩(wěn)定性圖，進(jìn)而提出了提高高速精密切削穩(wěn)定性的基本方法與途徑。
　　 第五，利用非接觸表面形貌儀對高速精密切削加工的表面粗糙度和表面三維形貌進(jìn)行分析，研究了切削速度、進(jìn)給量和切削深度對表面