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铣削工艺系统瞬态力学模型和非线性动力学特性的研究

作　者: 张智海
导　师: 张伯鹏；郑力
学　校: 清华大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 铣削建模铣削力铣削力矩表面几何误差非线性动力学系统
分类号: TG54
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

在现代制造中,立铣被广泛应用在机加工工艺中。随着新的制造概念和技术的出现，为了提高工件质量和加工效率，铣削建模成为研究的关键问题。结合国家自然科学基金项目(59705018，59889504)，针对直柄螺旋棒铣刀的铣削加工工艺，本文主要在以下几个方面进行了应用基础性研究：1、为了研究铣削机理，预报螺旋立铣刀铣削力矩，建立了一个瞬时铣削力矩解析卷积模型。铣削力矩是铣削过程中一个重要的物理量。通过分析单位铣削力和力矩之间的关系，可以获得铣削力矩的傅里叶级数多项式，得到铣削力矩在频域中的解析卷积表达式。2、在立铣过程中，影响表面形成的因素有铣削力/力矩、机床和工件特性等等。加工过程中切削力/力矩造成刀具、机床和工件的变形。通过对这些因素的研究，基于铣削力/力矩和瞬时未变形切屑厚度的关系，建立了一个加工表面几何误差的解析模型。与数值模型相比，解析模型可以对工艺设计和优化提供帮助，并且有助于认识工艺参数和工件质量，产品设计，工艺规划和控制之间的关系。3、在机加工中，由于对工件表面，刀具和机床性能的负面影响，切削振动需要极力避免。但是，由于系统的物理性质，几何性质和铣削工艺的特殊性决定了机床-刀具-工件-夹具系统是一个复杂的非线性动力学系统。大量的非线性因素影响了铣削过程的动力学性能。因此，为了预报切削系统中振动的发生，本文考虑了机床刚度的非线性和铣削过程时延、断续切削等非线性因素，建立了一个预报铣削振动产生的非线性模型。为了探讨混沌对切削振动的影响，根据这个模型，研究了动力学系统中的混沌现象。4、应用网络技术，对模型的集成及铣削力模型的快速构造进行了探讨。

全文目录

第一章绪论  10-34
  1．1 论文研究工作的背景和意义  10-13
    1．1．1 论文背景  10-11
    1．1．2 论文研究工作的意义  11-13
  1．2 铣削仿真研究文献综述  13-32
    1．2．1 简介  13-14
    1．2．2 铣削建模  14-31
    1．2．3 该领域目前存在的主要问题  31-32
  1．3 论文的主要研究工作  32-33
  1．4 小结  33-34
第二章瞬时铣削力矩卷积解析模型  34-63
  2．1 铣削力矩模型的建立  34-40
    2．1．1 模型建立的约束条件  34-35
    2．1．2 模型坐标系的建立  35-36
    2．1．3 单位力矩公式  36-37
    2．1．4 力矩公式  37-38
    2．1．5 频域表达式  38-40
    2．1．6 铣削力矩解析卷积模型建立过程的物理意义  40
  2．2 实验验证  40-62
    2．2．1 实验平台的建立  40-42
    2．2．2 模型参数标定  42-44
    2．2．3 实验验证  44-62
  2．3 结论及进一步的工作  62-63
第三章考虑机床－工件－刀具－夹具柔性的立铣铣削工件表面几何误差解析模型  63-83
  3．1 表面几何误差模型  64-71
    3．1．1 模型建立的约束条件  64-65
    3．1．2 铣刀变形模型  65-70
    3．1．3 机床变形模型  70
    3．1．4 工件表面几何误差  70-71
  3．2 实验验证及分析  71-81
    3．2．1 实验验证  71-75
    3．2．2 实验分析  75-78
    3．2．3 Z向力对表面几何误差的影响  78-79
    3．2．4 模拟仿真结果  79-81
  3．3 结论及进一步的工作  81-83
第四章考虑机床－铣刀－工件－夹具系统非线性动力学特性的振动模型  83-113
  4．1 模型建立  84-90
    4．1．1 模型建立的约束条件  84
    4．1．2 系统振动模型中工作台弹性模型的建立  84-86
    4．1．3 铣削力模型的建立  86-89
    4．1．4 振动模型的建立  89-90
  4．2 参数识别  90-92
    4．2．1 机床静刚度的测量  90-91
    4．2．2 系统模态参数识别  91-92
  4．3 模型仿真  92-93
  4．4 实验验证  93-94
  4．5 分析与结论  94-101
  4．6 系统中混沌运动的研究  101-111
    4．6．1 简介  101-102
    4．6．2 系统中混沌运动的辨识  102-103
    4．6．3 Lyapunov指数的计算  103-111
    4．6．4 铣削工艺中的混沌现象  111
  4．7 结论及进一步的工作  111-113
第五章网络环境下铣削仿真模型的集成及铣削力仿真模型的快速构造方法  113-124
  5．1 简介  113
  5．2 框架及网络技术在模型集成中的应用  113-115
    5．2．1 框架技术  113-114
    5．2．2 网络技术  114-115
  5．3 原型系统的建立  115-119
  5．4 系统中的问题及解决方案  119-121
  5．5 网络环境下铣削力仿真模型的快速构造方法  121-123
  5．6 结论及进一步的工作  123-124
第六章结论  124-127
  6．1 论文的主要贡献  124-125
  6．2 有待于进一步深入研究的问题  125-127
参考文献  127-135
致谢  135-136
作者个人简历  136-137
在学期间的主要研究成果  137-138
作者在攻读博士学位期间发表的论文  138-139
附录A 瞬时切屑厚度公式的推导  139-140
附录B 第二章公式推导  140-143
  1   140-141
  2   141-142
  3   142-143
附录C 第三章公式推导  143-149
  1   144-148
  2   148-149
  3   149

铣削工艺系统瞬态力学模型和非线性动力学特性的研究

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