論文作者：大連理工大學(xué)/代月幫

指導(dǎo)教師：李宏坤《研究領(lǐng)域：針對(duì)軸承、葉輪、刀具等基礎(chǔ)部件的安全可靠運(yùn)行問題，展開狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化等方面的研究?！?/p>

解決加工過程中的振動(dòng)問題是實(shí)現(xiàn)高端制造的關(guān)鍵，在眾多切削振動(dòng)類型中，由不合適的切削參數(shù)引起的自激振動(dòng)也即顫振對(duì)加工系統(tǒng)危害最大，因?yàn)槠洳粌H會(huì)影響到工件的表面加工質(zhì)量，而且會(huì)加劇刀具磨損和破損。從加工動(dòng)力學(xué)角度來看，避免切削顫振的重要手段是對(duì)加工系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，構(gòu)建出臨界穩(wěn)定切深與主軸轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系也即葉瓣圖，指導(dǎo)工藝參數(shù)優(yōu)化。因此，建立高效、高精度銑削動(dòng)力學(xué)分析方法是準(zhǔn)確獲得穩(wěn)定加工區(qū)域的前提和基礎(chǔ)，球頭銑刀五軸數(shù)控加工是典型的高柔性機(jī)械加工方式，實(shí)現(xiàn)其無顫振加工意義重大。本文以銑削動(dòng)力學(xué)分析為主線對(duì)加工穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)加工誤差同步預(yù)報(bào)方法、球頭銑刀五軸加工動(dòng)力學(xué)建模方法等內(nèi)容進(jìn)行了研究，主要包含以下幾方面：

（1）建立了直接積分格式和牛頓多項(xiàng)式相結(jié)合的加工穩(wěn)定性分析方法，通過對(duì)比不同階方法的計(jì)算性能，確定出了最佳階預(yù)測方法。與國際上通用方法相比，該方法具有明顯高的預(yù)測精度和效率。同時(shí)，將分析方法運(yùn)用在工件表面動(dòng)態(tài)加工誤差預(yù)測中，建立起了僅依賴于主軸轉(zhuǎn)速而與切削時(shí)間無關(guān)的穩(wěn)態(tài)量系數(shù)矩陣，在獲得高精度預(yù)測結(jié)果的同時(shí)大幅降低計(jì)算時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了加工穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)加工誤差同步高效、高精度預(yù)報(bào)。

（2）建立了考慮徑向切深變化的球頭銑刀五軸加工切削力系數(shù)辨識(shí)方法。開發(fā)出非槽切球頭銑刀五軸加工切削力辨識(shí)模型，分析了傳統(tǒng)辨識(shí)模型中忽略的徑向切深對(duì)切削力系數(shù)的靈敏度，揭示出了不存在某一徑向切深計(jì)算出來的切削力系數(shù)能夠適用于所有工況這一現(xiàn)象，利用高次多項(xiàng)式搭建出了切削力系數(shù)與徑向切深之間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意徑向切深處的切削力系數(shù)準(zhǔn)確標(biāo)定。

（3）建立了基于刀具-工件接觸區(qū)域幾何模型的球頭銑刀五軸加工穩(wěn)定性預(yù)測方法。利用所提出的最佳牛頓多項(xiàng)式預(yù)測方法在每個(gè)主軸轉(zhuǎn)速-切深組合處建立起表征球頭銑刀五軸加工狀態(tài)的轉(zhuǎn)移矩陣，通過軸向角作為紐帶搭建出狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣與刀刃瞬時(shí)參與動(dòng)態(tài)切削極限位置之間的函數(shù)關(guān)系，在切削深度-切削周期的離散平面內(nèi)，由刀具-工件接觸區(qū)域二維幾何模型提取出每一個(gè)組合所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)切削片段的極限軸向角，將其與轉(zhuǎn)移矩陣預(yù)留“接口”相連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)球頭銑刀五軸加工臨界穩(wěn)定曲線高效預(yù)報(bào)。