切削振动的闭环特性——切削动力学研究报告之一

切削加工的闭环动态特性与切削机床的开环动特性有原则性区别。切削传递函数不是同方向上的机床系统传递函数。切削刚度与切削阻尼系数对机床结构的耦合影响使得闭环方法识别机床模态变得极不准确。理论和实验证明,颤振是机床某一模态被激发的观点不妥。     

切削颤振的研究进展综述

颤振是工件表面质量和尺寸精度的重要影响因素之一,本文全面阐述了切削过程颤振的检测技术、切削颤振的控制技术、颤振的鲁棒和概率分析。探讨了切削颤振的类别以及基于切削过程中的力学特性构建的动力学模型;分析了颤振模型的影响因素,如:切削参数、机床结构、主轴动态特性等,讨论了颤振模型的求解方法。针对切削系统结构和切削过程的非线性动力学特征,提出了时变性的模糊控制、神经网络的智能控制,降低颤振影响和利用颤振发生规律,以改善工件加工质量。随着人工智能、算法优化和智能材料的发展,智能一体化抑振系统将成为未来发展趋势。     

FLUTTER ANALYSIS OF MILLING WITH CONSIDERATION OF GYROSCOPIC EFFECT1)

主要研究主轴旋转过程中产生的陀螺效应对切削颤振稳定性边界的影响。基于一种旋转下的主轴、刀杆和刀具模型,采用欧拉$\!$-$\!$-$\!$伯努利悬臂梁理论获得考虑陀螺效应的切削系统的传递函数。在此基础上,探究了考虑陀螺效应的高速切削系统的稳定性。结果表明,陀螺效应改变了高速铣削的临界切削深度。并且在考虑陀螺效应的情况下,刀具齿数越多临界切削深度越小,降低系统刚度将减小临界切削深度,增大系统阻尼比将增大临界切削深度。     

考虑陀螺效应的铣削颤振分析

主要研究主轴旋转过程中产生的陀螺效应对切削颤振稳定性边界的影响。基于一种旋转下的主轴、刀杆和刀具模型,采用欧拉-伯努利悬臂梁理论获得考虑陀螺效应的切削系统的传递函数。在此基础上,探究了考虑陀螺效应的高速切削系统的稳定性。结果表明,陀螺效应改变了高速铣削的临界切削深度。并且在考虑陀螺效应的情况下,刀具齿数越多临界切削深度越小,降低系统刚度将减小临界切削深度,增大系统阻尼比将增大临界切削深度。     

机床切削颤振的定常与时变特性

1.定常与时变切削试验系统严格地说,处于切削加工过程中的机床切削系统(由机床结构和切削过程共同构成的闭环系统)是一个时变系统,当系统参数的时变速度较颤振发生、发展以致形成的速度慢得多时,可将系统在一定时间间隔(或刀具与工件相对运动的一定距离间隔)内作为定常系统处理;反之,当这两种速度相当时,则应作为时变系统处理.在VDF 车床上车削细长轴(图1),颤振一般在工件中部L/3范围内发生,当工件转速为662r/min、进给量为0.08mm/r 时,刀架在床身     

切削加工中刀具颤振的迟滞反馈控制

从金属切削加工的实际情况出发，分析了刀具在切削加工中产生颤振的原因．从力学的角度解释了刀具径向非线性颤振的机理，说明这是一种自激振荡，可以通过施加线性迟滞反馈力加以控制．这种反馈力是位移信号的迟滞函数，可以用于抑制振幅，增加刀具的平稳性．数值仿真验证了理论结果．     

机床非线性颤振的描述函数分析

本文采用描述函数方法分析机床的非线性颤振.以描述函数刻划切削过程复杂的非线性特性,并将非线性振动分析所依赖的复平面推广到三维空间进行稳定性分析。从而求出颤振振幅和颤振频率。该法不仅可揭示切削过程等效刚度系数和等效阻尼系数的变化,而且还可考察各切削参数对颤振频率和振幅的影响.结果表明,描述函数方法是分析机床颤振这个极其复杂的非线性系统的一个有效的手段.     

一类机床速度型切削颤振中的内共振现象

本文利用非线性振动理论，建立了由刀架弹性子系统与工件弹性子系统在百线性动态切削力相耦合下的多自由非线性系统的速度型切削颤振理论模型，数值模拟结果显示，此系统存在内共振现象，并对文献（１）的部分实验结果给出了一种理论解释，从而分析了产生速度型切削颤振的原因，解释了速度型切削调振发生的振同理，理论配实验结果相吻合，为解决加振问题提供了一种新的途径。     

大跨度悬索桥钢箱加劲梁中央开槽的颤振控制机理

针对近流线型的闭口钢箱梁这种大跨悬索桥常用的加劲梁断面形式,采用风洞试验与理论分析相结合的方法研究不同宽度中央开槽的颤振控制作用与颤振控制机理.通过对原型断面和5种槽宽开槽断面(开槽宽度分别为原型断面宽度的20%、40%、60%、80%和100%)的试验研究表明,适当宽度的中央开槽可以较大幅度的提高颤振临界风速,但槽宽并非越宽越好,而是存在一个"最优槽宽".采用二维三自由度耦合颤振分析方法从气动阻尼和颤振形态矢量两方面对中央开槽的颤振控制机理进行理论研究,结果表明,适当宽度的中央开槽可以改善气动阻尼的形成和发展规律,并提高颤振发生时竖弯自由度的参与程度和扭弯耦合程度,从而增强结构的颤振稳定性能.     

高速切削动力学的研究

本文从切屑形成过程动力学观点研究了金属切削过程。这一过程既含有机械系统动力学的各要素,又有介质动力学的各要素。用计算机模拟确定了高速条件下切屑流质动量变化率引起的切削力增量对车削颤振的影响。分析结果与现有事实一致。     

受模糊干扰的再生型颤振的模糊稳定性分析

首次在机床切削颤振分析中考虑了模糊不确定性因素的影响，利用模糊数学分析方法详细论述了受模糊干扰的再生型颤振的模糊稳定性分析问题，给出了模糊稳定性极限切削宽度集合的可能性分布及其置信区间表达式，最后依据所提出的理论分析方法，经计算编程绘制了模糊稳定性图。     

基于坐标变换的斜角切削力学研究

在直角切削模型的基础上,首先将在法平面坐标系中得到的切削力通过坐标变换得到主剖面坐标系中的切削力;再把主剖面坐标系中的切削力利用坐标变换得到切深-进给平面中的切削力理论公式。通过坐标变换得到的切削力理论公式更简洁,物理意义清晰,并能反映出切削偏角对切削力的影响。通过对数值计算与数值仿真两种方法模拟得到的切削力进行比较,得出两者的误差率在8.3%~15.7%,说明两者具有良好的一致性,从而证明了模型的正确性。斜角切削力的理论公式为实际切削加工中切削力的解析预测奠定了基础。     

关于机床自激振动的一个非线性理论模型(第二部份)

本文的这一部分把切削过程中的两个基本的非线性因素同时纳入考虑:第一,当振幅足够大时,刀刃的运动轨迹的一部份将越出工件材料之外;第二,切削力对于切削厚度的非线性依赖关系,由此建立了关于机床自激振动的一个更为完美的理论模型. 此模型能够解释和预测有限振幅颤振的两个重要现象:振幅稳定性和由外界冲击诱发机床颤振的现象;后者即所谓“有限振幅稳定性”,这些现象是传统的线性理论所无法解释的. 此模型导致一些具有实际意义的结论,其中最重要的是:在一定条件下,加大机床负荷(而不是减少负荷),反倒有利于抑制振颤,甚至完全削除颤振,使切削过程稳定. 理论预测的结果与实验数据能够很好地符合.     

全机低速颤振模型的全机稳定性分析

研究全机低速颤振模型在风洞试验时出现的两种全机不稳定性纵向静不安定和纵向动不稳定.研究它们出现时的气流速度(临界速度)随哪些因素变化及其变化规律,以便找到提高临界速度的方法,从而使全机低速颤振风洞试验能顺利进行.     

关子压杆在蠕变条件下之稳定问题

在討論压桿在蠕变条件下的稳定問題时,許多作者均假設压桿有初曲率,故实际上所討論的是微弯桿的纵向弯曲問題而不是直桿的稳定問題。拉波特諾夫等根据蠕变强化理論討論了直桿及平板的稳定問題,推出了临界时间的公式。本文根据蠕变后效理論討論等直压桿的稳定,得到了临界时間tCr的公式。此公式証实了忻利关于根据切向模量求临界状态的看法。文中証明在过了临界时間tCr以后的任一时刻t_0,压桿均可能丧失稳定,并求出压桿外弯的形状及外弯速度[見(16)式]。     

不可压缩流中机翼颤振稳定性研究

研究两个自由度的机翼在不可压缩流作用下颤振的分支问题.运用罗司-霍维茨判据确定系统的分叉点,应用中心流形理论将四维系统降为二维系统,用直接求周期解方法对分叉点的真假中心及稳定性问题进行了分析,并研究了系统的极限环颤振.结果表明,本文研究的分叉点不是中心,而是稳定或不稳定焦点.在两个分叉点处,系统发生了超临界和亚临界Hopf分叉,产生稳定或不稳定极限环.     

弹性为周期分布时架空导线振动稳定性的分析

本文从提高电力机车运行速度的实际需要出发,提出了一个判别弹性为周期分布时架空导线振动稳定性的方法.文中首先将振动方程简化为Mathieu方程形式,建立了表征机车运行是否稳定的Υ-ε稳定区域图;探讨了实际工程中可能出现的k(x)=k_cp(1-ε_(cos)2π/lx)和k(x)=ke~(bcos)2π/lx两种周期函数形式的弹性系数问题.为了便于工程技术人员使用,文中利用小参数方法和Hochstadt的引理,建立了几个判别机车稳定运行速度区域的简便公式,所得近似公式同模拟试验台上得出的结果符合.最后讨论了阻尼对系统振动稳定性的影响和改善系统稳定性的途径.     

变角度纤维复合材料层合斜板的颤振分析

假设纤维方向角沿层合板的长度方向线性变化，研究了变角度纤维复合材料层合斜板的颤振．通过坐标变换将斜板变换为正方形板，采用层合板表面连续变化的速度环量来模拟空气对其的作用，速度环量分布利用Cauchy积分公式计算．建立了系统的Lagrange方程并采用Ritz法得到了层合板的自振频率和颤振/不稳定性分离临界速度．通过数值算例验证了本文模型和方法的正确性和收敛性，分析了各个铺层内纤维方向角的变化对自振频率和颤振/不稳定性分离临界速度的影响．研究结果表明，通过纤维的变角度铺设，可有效地提高层合板的基频和颤振/不稳定性分离临界速度．经合理设计的变角度复合材料层合板具有抑制颤振的作用．     

关于机床自激振动的一个非线性理论模型(第一部分)

本文提出金属切削机床在生产过程中发生自激振动(即颤振)的一个非线性理论模型.该模型能够说明和预测关于机床颤振的一些重要现象,这些现象是传统的线性理论所无法解释的. 本文第一部分把机械加工中,当振幅足够大时必然要出现的一个因素:刀刃运动轨迹的一部份越出工件之外,纳入考虑,建立了机床颤振的非线性微分方程,此方程的解说明了振幅稳定性的原因,并说明各种条件下稳定振幅的大小.     

聚晶立方氮化硼刀具切削高锰钢的磨损机制

在半精加工试验条件(切削深度ap=0．5mm，进给量f=0．3mm／r，干切)下研究了聚晶立方氮化硼刀具切削奥氏体高锰钢时的磨损机制，用WDH-Ⅱ型光电温度计测量了切削温度，用工具显微镜测量后刀面磨损量，进而考察了切削时间和切削速度对后刀面磨损量的影响，采用S-250MK型扫描电子显微镜观察刀具前、后刀面的磨损形貌和组成变化．结果表明：当切削温度为400～750℃时，聚晶立方氮化硼刀具同高锰钢中的γ相及其析出相(Fe，Mn)3C之间产生严重的机械磨损；当切削温度超过800℃时，聚晶立方氮化硼刀具同高锰钢单一γ相之间产生扩散磨损；聚晶立方氮化硼刀具适合于高速切削.