车削颤振及超声振动车削技术

　　颤振是金属切削过程中刀具与工件之间产生的相对振动，涉及颤振机理、颤振监测（预测）和颤振抑制等。超声振动车削结合了常规车削工艺与超声振动，可将超声振动施加在刀具上，以实现 佳的切削性能和加工表面质量。本书主要以再生型车削颤振机理为依据，针对TC4钛合金和6061铝合金，以刀具系统为振动系统并对其进行线性及非线性建模，运用稳定性叶瓣图方法，介绍再生型车削颤振机理，超声振动车削系统设计及试验平台搭建，径向、轴向超声振动车削以及基于时滞影响的颤振监测等。本书还涉及了超声振动车削表面粗糙度预测及参数优化等问题。本书可供金属切削加工领域的技术人员参考，也可作为相关领域科研人员和机械工程类专业研究生的参考书。

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第1章 绪论 001
1.1 车削颤振及超声振动车削 001
1.2 车削再生型颤振稳定性预测 002
1.2.1 车削再生型颤振稳定性预测方法 002
1.2.2 SLD颤振稳定性极限预测 003
1.3 车削再生型颤振监测 005
1.3.1 不同传感器的颤振监测方法 006
1.3.2 信号分析与特征提取 007
1.3.3 颤振分类识别方法 009
1.4 车削再生型颤振抑制研究 010
1.5 车削颤振抑制利器——超声振动车削 012
1.5.1 超声振动车削现状 013
1.5.2 一维超声直线振动车削 016
1.5.3 多维超声振动车削 017
1.5.4 超声振动车削与表面粗糙度预测 019
1.5.5 超声振动车削与参数优化 021
第2章 再生型车削颤振机理 023
2.1 车削中的振动 023
2.1.1 车削加工过程中振动的分类 023
2.1.2 切削颤振的分类 024
2.2 车削再生型颤振模型分析 026
2.2.1 单自由度线性再生型颤振模型 026
2.2.2 单自由度非线性再生型颤振模型 029
2.2.3 线性分析与非线性分析的不同 031
2.2.4 SLD法稳定性叶瓣图 032
第3章 超声振动车削系统设计 035
3.1 超声振动车削分类 035
3.2 超声振动车削系统 037
3.2.1 超声振动车削系统的组成 037
3.2.2 超声振动系统设计 038
3.3 超声车刀刀杆设计 041
3.3.1 振动车刀刀杆数学建模 041
3.3.2 振动刀杆仿真分析 042
3.4 径向超声振动车削装置安装设计 046
第4章 径向超声振动车削TC4钛合金 048
4.1 径向超声振动车削机理 048
4.2 径向车削TC4钛合金颤振稳定性极限影响因素分析 050
4.2.1 径向车削TC4钛合金颤振稳定性极限影响因素正交试验 050
4.2.2 试验结果分析 052
4.3 主振系统动力学参数的识别 055
4.3.1 主振系统刀杆阻尼比识别 055
4.3.2 刀杆固有频率及静刚度系数识别 057
4.4 车削TC4钛合金颤振稳定性叶瓣图 058
4.5 车削TC4钛合金稳定性试验 059
4.5.1 时域分析 059
4.5.2 工件表面粗糙度分析 060
4.6 径向振动车削TC4钛合金有限元仿真 063
4.6.1 TC4钛合金外圆车削有限元建模 063
4.6.2 仿真方案设计 066
4.6.3 仿真结果分析 067
4.7 径向超声振动车削对比试验 076
4.7.1 试验方法 076
4.7.2 常规- 径向振动车削TC4钛合金正交试验 076
4.7.3 正交试验结果分析 079
第5章 轴向超声振动车削6061铝合金 092
5.1 轴向超声振动车削机理 092
5.1.1 轴向超声振动车削加工轨迹模型 092
5.1.2 轴向超声振动理论表面残余高度模型 098
5.2 轴向超声振动车刀刀杆设计 099
5.2.1 轴向超声振动车刀刀杆数学建模 099
5.2.2 振动刀杆模态分析 100
5.2.3 振动刀杆谐响应分析 102
5.2.4 轴向超声振动系统的组成 105
5.3 铝合金轴向超声振动车削有限元仿真 106
5.3.1 车削6061铝合金有限元模型 107
5.3.2 仿真参数设置 108
5.3.3 仿真结果分析 109
5.3.4 轴向超声振动车削性能仿真分析 120
5.4 铝合金轴向超声振动车削试验 126
5.4.1 试验平台的搭建 127
5.4.2 试验方案 129
5.4.3 试验结果分析 131
5.5 铝合金轴向超声振动车削表面粗糙度预测及切削参数优化 139
5.5.1 表面粗糙度预测方法 139
5.5.2 基于多元回归法的表面粗糙度预测模型 140
5.5.3 基于指数函数法的表面粗糙度预测模型 141
5.5.4 轴向超声振动车削表面粗糙度预测模型验证 143
5.5.5 分离型与不分离型轴向超声振动切削参数优化 146
第6章 基于时滞影响的再生型颤振监测及超声振动车削抑制 150
6.1 基于时滞影响的稳定性预测研究 150
6.1.1 再生型切削颤振系统建模 150
6.1.2 稳定性叶瓣图 152
6.1.3 再生型切削颤振系统时滞性微分方程 157
6.1.4 时滞对切削颤振的影响仿真及结果 158
6.1.5 时滞对切削颤振的影响试验设计及结果分析 162
6.2 TC4钛合金车削颤振监测 165
6.2.1 支持向量机 分类超平面算法 166
6.2.2 特征向量提取方法——小波包变换 167
6.2.3 训练颤振监测分类器 168
6.2.4 颤振监测分类器试验验证 174
6.3 TC4钛合金车削颤振抑制 177
6.3.1 钛合金车削有限元建模 177
6.3.2 超声振动切削仿真结果及其分析 181
6.3.3 超声振动车削试验设计及结果分析 186
6.4 TC4钛合金车削颤振监测与抑制系统构建 191
6.4.1 车削颤振监测及抑制试验设计 191
6.4.2 外圆切削颤振稳定性极限预测系统 193
6.4.3 切削颤振监测系统 195
6.4.4 变时滞切削试验设计 198
附录 204
参考文献 208