切削过程动态特性测试及抑振技术研究

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切削稳定性是机床安全、刀具寿命、加工质量和生产效率的保障,它由机床结构动态特性(The dynamics of the machine tool structure)和切削过程动态特性(The dynamics of the cutting process)共同决定。目前,机床结构动态特性的研究已经相对成熟;而切削过程的动态特性还需要更加深入的研究。本文以车削过程为例研究了测试切削过程动态特性的新方法;根据测试结果讨论了切削力的主要影响因素以及切削力模型选择方法;通过切削稳定性预测工作,讨论了切削过程传递函数测试新方法的有效性;最后,对切削稳定性监控的一些关键实现技术进行了讨论。本文主要工作有:  提出了颤振条件下的车削过程传递函数测试方法,减小了切削过程动态特性测试对激励设备及其控制系统的依赖。深入研究了卡盘夹持工件切削中,工件结构的等效动力学参数的变化规律及其对切削颤振频率的影响;据此提出了采用自激振动来激励动态切削过程的方法,详细阐述了切削过程传递函数测试的实现过程。  讨论了选择最优动态切削力模型的方法,提高了切削稳定性预测分析的便捷性。在本文提出的车削过程传递函数测试方法的基础上,根据测试结果识别了动态切削力系数;分析了各因素对切削力的影响程度;讨论了任意工况下选择切削力模型的方法。通过预测车削稳定状态转变的临界位置,直接说明了动态切削力系数识别方法和切削力模型选择方法的准确性,间接说明了切削过程传递函数测试新方法的有效性。  改进了切削稳定性状态监测方法,提高了切削稳定性状态识别方法的自适应能力。在对监测信号时域和频域特征进行分析的基础上,通过监测信号的均方差和一步自相关系数来识别车削稳定性状态,并提出了状态监测特征值门限值的自适应调整方法。切削稳定性状态监测环节为实施变速抑振技术提供了必要信息。  研究了变速切削抑制颤振技术的实现方法,提出了变速参数的设计原则,为变速抑振方法从实验室研究到生产应用的实现提供了关键技术支持。研究了平均振动能量积累、瞬时能量加强现象和主轴加速度对变速切削抑振效果的影响。最终提出了基于内外调制相位差来优化变速参数的解析计算方法。
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