基于切削自激励的机床切削过程阻尼实验

摘要

在切削过程中由于颤振的存在，直接影响工件的表面加工质量、机床的生产效率、机床的寿命甚至威胁到操作者的生命安全，因此很有必要对机床切削过程的加工稳定性进行分析和预测。机床的加工稳定性不仅和机床本身的结构阻尼相关，而且和切削过程中产生的过程阻尼有很大的关系，尤其在低速切削条件下，过程阻尼对切削稳定性产生巨大的影响。因此过程阻尼的准确辨识对于切削稳定性的预测和分析具有重要的意义。针对以上问题，本文提出了一种基于切削自激励的机床切削过程阻尼实验辨识方法。
　　首先分析了过程阻尼产生的原因以及对低速条件下切削稳定性分析的影响并建立了一个包含过程阻尼系数的切削动力学模型。针对过程阻尼实验辨识过程中由于再生效应导致辨识结果不准确的问题，提出了利用断续切削来消除再生效应的影响并从理论上验证了该方式的有效性。
　　提出了一种基于自激励模态分析方法的随机断续切削方式，通过切削特殊设计的随机多凸台工件产生随机脉冲切削力对机床结构进行激励，然后基于响应信号来辨识机床加工系统的动力学参数。通过将随机断续切削和正常切削辨识出的动力学参数与敲击实验结果进行对比，证明了随机断续切削方式能够消除再生效应的影响。
　　针对车削加工方式的特点设计了能够满足自激励模态分析方法的随机多凸台圆柱工件，并通过敲击实验和随机断续切削实验分别获得机床加工系统的结构阻尼和系统总阻尼，进而得到机床加工系统的在不同切削速度下的过程阻尼。
　　进行了过程阻尼相关的切削稳定性预测，通过与传统切削动力学模型预测结果进行对比来探究过程阻尼对切削稳定性的影响，最后通过颤振实验对预测结果进行了验证。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及目的与意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 本文主要研究内容

2 机床切削过程再生效应消除方法研究

2.1 引言

2.2 过程阻尼相关的切削稳定性建模

2.3 基于断续切削方式的再生效应消除

2.4 本章小结

3 随机断续切削方式设计

3.1 引言

3.2 基于自激励的随机断续切削激励分析

3.3 随机多凸台工件切削激励方式设计

3.4 本章小结

4 机床切削过程阻尼实验辨识

4.1 引言

4.2 随机多凸台圆柱工件设计

4.3 机床加工系统过程阻尼辨识

4.4 本章小结

5 机床切削稳定性分析及颤振实验验证

5.1 引言

5.2 切削力系数标定

5.3 包含过程阻尼的切削稳定性分析

5.4 颤振实验验证

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献