薄壁叶片多时滞五轴切削动力学建模分析


文章内容提要:

 本文针对时变模态参数作用下薄壁叶片多时滞五轴加工中心铣削动力学建模与稳定性预测进行研究  ,提出了薄壁叶片五轴铣削加工过程中铣削力系数的精确标定方法  ,探究了时变模态参数作用下的多时滞五轴铣削稳定性影响规律  ,验证了薄壁叶片在常规铣刀与变齿距铣刀五轴铣削加工过程中的稳定性 。证明了本文理论的正确性  ,得到以下结论:(1)提出了基于接触区域分层思想的精确五轴铣削力系数标定方法 。将刀具-工件接触区域沿刀具轴向进行分层处理从而计算五轴铣削力系数  ,对比表明分层处理后得到的铣削力系数更加精确 。在薄壁叶片五轴铣削加工过程中  ,当前倾角与侧倾角均为0°时  ,通过分层与未分层求得铣削力系数后预测的铣削力基本吻合;当加工过程中倾角不为0°时  ,分层后求得铣削力系数预测的铣削力比未分层求得铣削力系数后预测的铣削力更加准确 。验证了基于接触区域分层思想求解五轴铣削力系数方法的有效性和准确性 。(2)建立了薄壁叶片常规刀具五轴铣削动力学模型和针对变齿距球头铣刀的多时滞五轴铣削动力学模型  ,推导了变时滞五轴铣削动力学方程  ,提出了考虑薄壁叶片时变模态特性的五轴铣削稳定性预测方法 。求解了铣削过程中随着刀具位置以及材料去除的时变模态参数  ,验证了建立的薄壁叶片多时滞五轴铣削动力学方程 。通过模态锤击实验  ,获取了薄壁叶片五轴铣削加工过程中的频响函数和模态参数  ,将有限元法与模态实验相结合  ,预测了加工过程中的模态参数与锤击实验获取的模态参数误差较小  ,验证了时变动力学特性理论的准确性 。(3)绘制了考虑时变模态参数作用下常规铣刀与变齿距铣刀五轴铣削稳定性叶瓣图  ,获得了稳定加工的工艺参数组合  ,分析了时变模态参数对薄壁叶片五轴铣削稳定性的影响  ,选择了不同工况下的参数组合进行铣削实验  ,通过在主轴转速5000rpm与8000rpm下进行了三齿常规铣刀、三齿变齿距铣刀、四齿常规铣刀、四齿变齿距铣刀薄壁叶片五轴铣削铣削加工实验 。实验结果表明  ,本文理论模型和所提方法可以准确的预测五轴铣削稳定性 。同时针对薄壁叶片多时滞五轴铣削稳定性验证实验  ,揭示了采用变齿距刀具进行薄壁叶片五轴铣削时具有颤振抑制效果 。综上所述  ,本文标定了薄壁叶片五轴铣削力系数  ,获取了薄壁叶片的模态参数  ,通过预测的稳定性叶瓣图选取了不同加工参数组合  ,对比了常规刀具与变齿距刀具五轴铣削时的稳定性极限  ,验证了薄壁叶片变时滞五轴铣削时的颤振抑制效果 。6.2展望五轴铣削加工系统动力学是一个复杂的研究课题  ,影响铣削过程中稳定性的因素还有很多  ,铣削动力学作为高性能加工的基础  ,需要更深入地研究其本质 。本文主要针对变齿距球头铣刀多时滞参数和薄壁叶片时变特性动力学进行研究  ,由于时间和试验条件的关系  ,有大量的问题仍需进一步深入研究  ,主要总结为以下:(1)五轴高速铣削加工是实现现代航空航天中复杂薄壁件加工的重要技术  ,但本文的理论和实验主要针对变齿距刀具在5000—10000rpm下进行薄壁叶片五轴铣削  ,变螺旋铣刀、既变齿距又变螺旋铣刀高速铣削薄壁叶片及其复杂曲面的铣削稳定性研究势在必行 。(2)本文只考虑了在五轴铣削过程中工件的稳定性  ,没有考虑到刀具主轴的影响  ,同时未考虑工件的装夹方式对其铣削加工过程中的稳定性的影响  ,在以后的研究中应对刀具、装夹方式、过程阻尼等进行更加深入的研究  ,进一步完善铣削稳定的预测模型 。

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标签: 五轴加工  
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