薄壁件加工过程动力学特性研究

　　本书在高速切削技术及金属切削动力学的基础上，对薄壁结构件加工过程的动力学特性进行深入的探讨，建立了动态铣削力模型、薄壁件不同加工阶段非线性颤振预测模型，分析薄壁件表面热力耦合应力场及变形，揭示加工三维表面形貌混沌特征的形成机理及与混沌振动、薄壁件变形的关系，提出抑制混沌振动产生的措施，在考虑机床-刀具-薄壁工件的空间动刚度场的基础上，以表面形貌、刀具寿命、加工效率为目标进行薄壁件高速铣削过程、铣削条件及非线性动力学敏感参数的综合优化，为多轴联动高速加工薄壁件提供理论和实践依据。

　　吴石

前言 第1章 绪论 1 1.1 切削过程动力学模型 3 1.2 非线性铣削系统再生颤振的研究 5 1.3 非线性铣削系统分叉与混沌的研究 7 1.4 铣削系统综合刚度场建模研究 10 1.5 本书的主要内容 11 参考文献 12 第2章 球头铣削未变形切屑厚度的建模 16 2.1 球头铣刀刀刃滞后角计算 17 2.2 刀具和工件空间坐标变换 18 2.2.1 各坐标系的定义 18 2.2.2 刀具-工件坐标系的转换 19 2.2.3 相邻刀心点间的坐标变换 20 2.3 未变形切屑厚度的求解 22 2.3.1 切屑厚度控制点A的求解 23 2.3.2 切屑厚度控制点B的求解 23 2.3.3 控制点A和 B的关联计算及未变形切屑厚度 26 2.4 本章小结 28 参考文献 28 第3章 铣削颤振稳定域研究基础 30 3.1 铣削动力学模型 30 3.1.1 铣削刚性件的动力学模型 30 3.1.2 铣削柔性件的动力学模型 32 3.2 全离散法 35 3.3 本章小结 40 参考文献 40 第4章 轴向力和陀螺效应对铣削颤振稳定域的影响 42 4.1 交变轴向力对系统固有频率的影响 42 4.2 陀螺效应对铣削系统固有频率的影响 44 4.3 轴向力和陀螺效应对稳定域的影响 46 4.4 实验验证及分析 50 4.5 本章小结 52 参考文献 53 第5章 铣刀磨损量对颤振稳定域的影响 54 5.1 铣刀不同磨损阶段的铣削力系数 54 5.2 基于全离散法的颤振稳定域预测 57 5.3 基于全离散法的动态加工误差同步预报 60 5.4 实验验证及分析 63 5.5 本章小结 65 参考文献 65 第6章 铣削颤振过程的非线性振动行为 67 6.1 铣削非线性振动行为分析方法 67 6.1.1 铣削振动信号Lyapunov指数分析 67 6.1.2 铣削振动信号分形维数分析 68 6.1.3 铣削振动信号近似熵分析 69 6.2 铣削振动信号的非线性行为分析 70 6.3 铣削颤振非线性特征提取方法研究 72 6.3.1 铣削颤振特征的连续小波变换提取 72 6.3.2 基于高阶谱分析的铣削颤振特征提取 75 6.4 本章小结 77 参考文献 78 第7章 薄壁件铣削颤振稳定域的非线性判据实验研究 79 7.1 颤振过程的其他非线性分析方法 80 7.1.1 相平面作图法 80 7.1.2 Poincaré映射 84 7.2 薄壁件铣削加工实验 84 7.3 颤振稳定域预测 92 7.4 本章小结 94 参考文献 95 第8章 薄壁件五轴加工系统综合刚度场分析 97 8.1 闭式叶片自适应采样及法向量计算 97 8.2 闭式叶片刚度矩阵计算 98 8.3 五轴加工系统运动链模型建立 100 8.4 五轴加工系统综合刚度场模型建立 103 8.5 综合刚度场特性分析 106 8.5.1 加工系统的刚度性能分析 106 8.5.2 面向实际加工的系统综合刚度性能分析 109 8.6 本章小结 116 参考文献 116 第9章 考虑结合面的主轴系统动力学特性研究 118 9.1 主轴系统结构件的动力学建模 118 9.2 主轴结合面的动力学建模 121 9.2.1 考虑轴向铣削力的主轴结合面刚度计算 124 9.2.2 考虑离心力的主轴结合面刚度计算 128 9.3 主轴系统的整体动力学建模 129 9.4 主轴系统的固有频率 130 9.4.1 考虑轴向铣削力的主轴系统固有频率 130 9.4.2 考虑离心力的主轴系统固有频率 131 9.5 主轴系统频响函数分析 132 9.5.1 考虑轴向铣削力的主轴系统频响函数 133 9.5.2 考虑离心力的主轴系统频响函数 133 9.5.3 考虑预紧力和刀具参数的主轴系统频响函数 134 9.6 本章小结 136 参考文献 137 第10章 钛合金泵叶轮加工 139 10.1 加工工艺实验 139 10.1.1 泵叶轮简介 139 10.1.2 泵叶轮加工工艺规划 140 10.2 钛合金闭式泵叶轮的动力学分析 142 10.3 钛合金闭式泵叶轮的加工制造 146 10.4 泵叶轮的工艺优化分析 148 10.5 本章小结 149 第11章 铣削过程动力学行为预测软件开发 150 11.1 系统开发环境 150 11.2 模块简介 151 11.2.1 系统登录管理模块 151 11.2.2 表面加工模块 152 11.2.3 薄壁件铣削稳定性预测模块 153 11.2.4 多轴系统刚度场建模模块 158 11.2.5 振动信号特征提取模块 161 11.2.6 系统帮助模块 164 11.2.7 实验信息模块 164 11.3 本章小结 166