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薄壁工件铣削过程中强迫振动响应分析

清华大学学报（自然科学版） 2018年第11期58卷 961-965页

作者：张洁刘成颖清华大学机械工程系精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室

由于薄壁工件刚度较低，在加工过程中极易出现较强的强迫振动，因此导致工件加工质量降低，并进一步限制了工艺参数的选择。为求解薄壁工件的强迫振动响应并对其加以抑制，该文针对圆角立铣刀，基于力学方法建立了铣削力模型，通过实验... 详细信息

由于薄壁工件刚度较低，在加工过程中极易出现较强的强迫振动，因此导致工件加工质量降低，并进一步限制了工艺参数的选择。为求解薄壁工件的强迫振动响应并对其加以抑制，该文针对圆角立铣刀，基于力学方法建立了铣削力模型，通过实验标定切削力系数；基于实验模态分析方法，对薄壁工件的动态特性进行分析，得到刀具一工件振动系统的传递函数和模态参数；基于直接时域求解方法得出了薄壁结构受切削力激励产生的强迫振动响应（forced vibration response，FVR），并以稳态响应最大振幅为判断依据描述工件的振动强度。最后通过仿真得出了刀尖半径对强迫振动响应具有抑制作用的结论。

关键词：强迫振动响应(FVR) 薄壁工件实验模态工艺参数

薄壁工件镜像铣削变形和振动的预测及多因素影响研究

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薄壁工件镜像铣削变形和振动的预测及多因素影响研究

作者：何天宇天津大学

学位级别：硕士

大尺寸薄壁结构作为飞机蒙皮、火箭贮料箱等关键部件广泛应用于航空航天领域。镜像铣削是目前大型薄壁工件加工的有效方法。由于薄壁工件尺寸大、厚度薄和刚度低等特点,在实际铣削加工过程中极易发生变形与振动,严重影响了镜像铣削的加... 详细信息

大尺寸薄壁结构作为飞机蒙皮、火箭贮料箱等关键部件广泛应用于航空航天领域。镜像铣削是目前大型薄壁工件加工的有效方法。由于薄壁工件尺寸大、厚度薄和刚度低等特点,在实际铣削加工过程中极易发生变形与振动,严重影响了镜像铣削的加工精度。因此,如何准确的预测镜像铣削加工过程中薄壁工件的变形和振动是优化加工参数、提高加工精度的关键问题。本文基于提高薄壁工件加工精度的需求,对镜像铣削加工过程中薄壁工件的动态响应进行研究,为实际加工提供指导。首先,建立了镜像铣削过程中薄壁工件的动态力学模型。根据金属的切削原理,考虑了薄壁工件加工过程中的弯曲变形和铣刀施加载荷的相互作用,对薄壁工件受到的实际铣削力进行预估。依据预估的铣削力,将铣刀的铣削作用等效为移动载荷。根据柔性支撑结构的动态特性,将其简化为随铣削力同步移动的弹簧阻尼。考虑实际加工过程中材料的去除过程,基于薄板小挠度理论和有限元法建立了铣刀和支撑镜像同步移动的薄壁工件动力学模型。其次,对柔性支撑情况下薄壁工件进行理论模态分析。分别对不同支撑方式、支撑刚度、支撑阻尼、支撑位置和材料去除情况下工件的刚度、阻尼和频率响应函数进行对比和分析,研究了支撑对工件动态特性的影响规律。对不同支撑情况下薄壁工件进行了锤击实验,验证了理论模态分析结果。最后,对不同加工条件下镜像铣削加工过程中薄壁工件的动态响应进行模拟预测。分别对不同支撑方式、支撑刚度、支撑阻尼、预支撑载荷、主轴转速、进给率和材料去除条件下,加工位置处工件的变形和振动进行分析,研究了加工参数、支撑和材料去除对变形和振动的影响规律。使用镜像铣削加工系统进行不同支撑情况的铣削加工实验,通过对振动测量点处振动信号的计算结果和实验结果对比,验证了预测结果的准确性和支撑对变形与振动的抑制作用。

关键词：镜像铣削薄壁工件铣削力预估模态分析变形振动

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薄壁工件铣削加工振动主动控制实验研究

机电工程 2021年第5期38卷 592-598页

作者：杨建江何立东陈钊王健北京化工大学高端机械装备健康监控与自愈化北京市重点实验室北京100029 北京航天动力研究所北京100076

针对薄壁工件在铣削加工过程中的振动问题,采用主动阻尼装置对薄壁工件进行了铣削振动控制实验研究。首先,对主动阻尼装置的原理进行了阐述;然后,建立了薄壁工件的有限元模型,并对其进行了ANSYS模态分析;最后,搭建了铣削振动主动控制试... 详细信息

针对薄壁工件在铣削加工过程中的振动问题,采用主动阻尼装置对薄壁工件进行了铣削振动控制实验研究。首先,对主动阻尼装置的原理进行了阐述;然后,建立了薄壁工件的有限元模型,并对其进行了ANSYS模态分析;最后,搭建了铣削振动主动控制试验台,进行了主动控制实验,将惯性作动器分别安装在工件的不同位置和铣床主轴上,对不同工况下主动阻尼装置的振动控制效果进行了对比分析。实验及研究结果表明:主动阻尼装置可以有效抑制薄壁工件的铣削振动,降幅最高可达40.6%;将作动器置于工件的减振效果优于将其置于铣床主轴的效果;且作动器离铣刀切削位置越近,振动控制效果越好。

关键词：主动阻尼装置惯性作动器薄壁工件铣削振动振动主动控制

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薄壁工件切削加工稳定性预测与实验研究

薄壁工件切削加工稳定性预测与实验研究

作者：宋晓治东北大学

学位级别：硕士

薄壁工件以其节省材料、质量轻和结构紧凑等特点,在航空航天、武器装备、精密仪器、生活等诸多领域应用广泛。但薄壁工件的加工属于材料加工领域难题,原因是与传统加工相比,薄壁工件的刚度与加工系统刚度有较大差距,不能将加工过程看作... 详细信息

薄壁工件以其节省材料、质量轻和结构紧凑等特点,在航空航天、武器装备、精密仪器、生活等诸多领域应用广泛。但薄壁工件的加工属于材料加工领域难题,原因是与传统加工相比,薄壁工件的刚度与加工系统刚度有较大差距,不能将加工过程看作是刚性工件与刚性主轴的耦合,而且薄壁工件工艺性比较差,在加工过程中,薄壁工件所产生的变形与其自身尺寸相比,属于较大变形,具有结构非线性,因此整个加工系统是柔性工件与刚性主轴的耦合;通常认为当板厚度h和该板最小平面跨度b之间满足关系h/b薄壁工件质量和刚度的损失是不可忽略的,而且由于工件的弹性变形、切削力的动态变化等因素的影响,使工件极易发生颤振,这极大的影响了加工表面精度和表面质量,所以对薄壁工件切削加工稳定性进行研究具有很高的价值和意义。本文以薄壁工件切削系统为研究对象,对该系统动力学特性进行分析和稳定性进行预测,主要研究内容如下。结合传递矩阵法和阻抗耦合子结构法的优缺点,建立基于Timoshenko梁理论的传递矩阵法和基于Euler-Bernoulli梁理论的子结构法;利用相关软件进行主轴仿真,分析每种方法求解固有频率的误差大小和计算速度;并研究主轴平均长径比对子结构法求解的固有频率误差的影响。建立了工件系统的有限元模型来求解工件系统频响函数,并结合薄壁工件动力学分析方法和模态修正法,研究工件系统在切削过程中工件被切削引起的工件动力学特性的时变特性。利用主轴系统频响函数求解方法研究某特定主轴系统动力学特性,绘制主轴系统的稳定性叶瓣图,并研究刀具尖端长径比、切削力系数和刀具齿数对系统稳定性的影响;然后绘制工件系统的稳定性叶瓣图,并结合模态修正法研究切削位置、工件厚度和走刀路径等时变性因素对工件系统稳定性的影响。最后建立工件和主轴耦合的一维模型,将耦合系统的稳定性叶瓣图和主轴系统的稳定性叶瓣图对比,研究耦合系统对稳定性叶瓣图的影响。建立动态切削力数学模型,给出经典文献中的切削厚度模型,并建立实际加工过程中的切削厚度模型和考虑主轴变形的切削厚度模型,并提出求解螺旋铣刀的切削力流程图。最后进行实验求解切削力系数,并分析该模型的误差范围。结合Von Karman大变形理论和薄板理论建立悬臂薄板非线性运动微分方程;研究增量谐波平衡法,利用该方法求解悬臂薄板非线性运动微分方程,并研究工件材料对工件系统非线性振动的影响,然后研究工件厚度、工作转速和切削力对系统非线性振动的影响。本文的研究针对薄壁工件切削加工稳定性进行了预测,一方面可以服务于高档机床的研发工作,另一方面可以对航空航天和汽车等行业的薄壁工件切削加工的表面精度和加工质量进行优化。

关键词：薄壁工件切削稳定性动力学分析切削力模型非线性振动

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薄壁工件中频脉冲去应力效果及装置研究

薄壁工件中频脉冲去应力效果及装置研究

作者：周贵川贵州大学

学位级别：硕士

工件在经过机加工过程后总会在其内部产生一定的残余应力。残余应力的存在对工件的疲劳性能、工件寿命等都有诸多不利的影响,因此探索一条有效的去除残余应力的方法显得比较重要。在去除残余应力的诸多方法中,一般采用热处理去除工件体... 详细信息

工件在经过机加工过程后总会在其内部产生一定的残余应力。残余应力的存在对工件的疲劳性能、工件寿命等都有诸多不利的影响,因此探索一条有效的去除残余应力的方法显得比较重要。在去除残余应力的诸多方法中,一般采用热处理去除工件体内的残余应力。但是,热处理去除工件内部的残余应力不仅周期长,耗能大,而且很多情况下,热处理还会使工件产生不利的组织变形。因此,找到一种比较方便、快捷的去应力方法是很有必要的。本文在对残余应力的产生、影响以及对去除残余应力的方法进行分析的基础上,提出用电磁脉冲磁处理去除薄壁工件残余应力的方法。在对此方法分析的基础上,本文针对薄壁工件进行相应去应力磁场设计以及磁处理去应力试验装置的设计及制作,并进行了去应力的相关试验。本文针对两种成品率低的工件设计了工业试验装置。第一种是针对某厂所生产的离合器活塞环设计与制作的进行中频脉冲磁处理去应力装置。该装置具有与工件相匹配的平面磁场,并且被应用于工厂的现场试验。通过相关试验数据的测量分析,工件的尺寸发生了变化,表明磁处理去除了工件内部的残余应力,提高了工件的尺寸稳定性。第二种是针对某厂所生产的压缩机滑片进行磁处理去应力研究。这次试验采用钕化硼磁钢设计并制作了与工件尺寸想匹配的半圆形磁场。工件在磁场中的旋转会产生交变脉冲磁场。在此磁场设计的基础上制作了压缩机滑片的磁处理去应力装置,并用此装置进行了压缩机滑片去应力的试验。试验结果表明,工件经过脉冲磁处理之后,其外部尺寸都发生了或多或少的变化,表明去除了内部的残余应力,提高工件的尺寸稳定性。在此基础上,工件再经过精加工将变形的部分去掉,就可以得到了不易变形的工件,提高了工件的合格品率。除此之外,本文用改装的磁场进行了对工件磁处理试验,得出了脉冲磁处理时间与去除残余应力的效果的相关联系。本文通过对脉冲磁处理去应力相关原理的阐述,针对以上两个工件进行了相关试验装置的设计与制造,并进行试验。通过对试验结果的分析,得出脉冲磁处理对于去除薄壁工件内部残余应力的方法与磁处理装置的相关工艺参数。

关键词：残余应力薄壁工件脉冲磁处理

考虑材料去除对薄壁工件铣削稳定的影响性研究

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制造业自动化 2020年第10期42卷 95-99,103页

作者：李长城郭润兰黄华兰州理工大学机电工程学院兰州730000

在铣削加工过程中,由于连续的材料去除导致了薄壁工件的主要固有频率和频率响应函数(Frequency response function,FRF)的幅值随时间而变化,进而影响了铣削过程稳定性和工件表面质量。针对该问题,提出基于结构动态修改法来获得工件的动... 详细信息

在铣削加工过程中,由于连续的材料去除导致了薄壁工件的主要固有频率和频率响应函数(Frequency response function,FRF)的幅值随时间而变化,进而影响了铣削过程稳定性和工件表面质量。针对该问题,提出基于结构动态修改法来获得工件的动力学模型。与传统建模方法相比,该方法避免了因为材料的去除而对工件重复建模以及大规模方程组模态分析的弊端。并在此基础上对刀具/工件系统进行了铣削稳定性分析和预测,得到随着材料的去除以及刀具在不同位置点时,系统的二维及三维稳定性叶瓣图。直观的显示了刀具/工件在不同相对位置点的极限轴向切削深度,从而为薄壁工件动力学参数的选择提供了理论依据。

关键词：铣削稳定性薄壁工件稳定性叶瓣图结构动态修改

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弱刚性薄壁工件车削工艺方案的研究

制造技术与机床 2020年第4期 90-94页

作者：杜海清李洁松盛国栋浙江工业职业技术学院浙江绍兴312000 杭州汽轮机股份有限公司浙江杭州310022

在薄壁类工件加工中,工件的装夹、切削变形、刚性不足等都是加工中常见的技术难题。对于刚性不能满足加工要求的弱刚性薄壁工件,常用专用夹具作为支撑工装。但在小批量生产和单件生产时,定制专用夹具成本太高。针对该类情况,提出用油泥... 详细信息

在薄壁类工件加工中,工件的装夹、切削变形、刚性不足等都是加工中常见的技术难题。对于刚性不能满足加工要求的弱刚性薄壁工件,常用专用夹具作为支撑工装。但在小批量生产和单件生产时,定制专用夹具成本太高。针对该类情况,提出用油泥作为薄壁工件内腔支撑材料,提高薄壁工件的系统刚性。经过实验证明,油泥填充支撑可以很好地替代专用夹具支撑,而且油泥填充支撑还具有可重复利用、不受工件内腔轮廓限制等优点,可大大降低成产成本,对企业生产有一定的指导意义。

关键词：油泥薄壁工件单件加工刚性

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薄壁工件圆孔的圆形轮廓检测方法

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2021年第1期 0335-0336页

作者：袁小龙王世民秦襄培武汉工程大学机电工程学院湖北武汉430000

圆孔是机械工件中一个重要特征。含有圆孔的机械工件被广泛的运用到各种机械机构中,因此对圆孔工件的检测成为一项重要的内容。随着数字图像处理技术等技术的发展,利用数字图像进行圆形检测逐渐流行,对于薄壁工件圆孔的圆形轮廓检测存... 详细信息

圆孔是机械工件中一个重要特征。含有圆孔的机械工件被广泛的运用到各种机械机构中,因此对圆孔工件的检测成为一项重要的内容。随着数字图像处理技术等技术的发展,利用数字图像进行圆形检测逐渐流行,对于薄壁工件圆孔的圆形轮廓检测存在的问题。本文利用圆孔的特性提出了一种圆形轮廓检测方法,该方法通过边缘提取出圆形轮廓,在找出圆孔前后两圆的公共弦,最后遍历弦的中垂线上的每个点寻找圆心和确定圆的半径长度。

关键词：圆孔机械工件圆形检测数字图像薄壁工件

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薄壁工件铣削加工变形的预测

工具技术 2007年第5期41卷 40-44页

作者：楼文明吴建军康永刚西北工业大学

以铣削力模型和ABAQUS有限元分析软件为基础,采用考虑了刀具/工件变形耦合效应、材料去除效应以及工件变形引起铣削力加载点变化等因素的仿真预测方法,建立了薄壁工件加工变形预测的有限元分析模型,并对航空钛合金框体工件进行了铣削加... 详细信息

以铣削力模型和ABAQUS有限元分析软件为基础,采用考虑了刀具/工件变形耦合效应、材料去除效应以及工件变形引起铣削力加载点变化等因素的仿真预测方法,建立了薄壁工件加工变形预测的有限元分析模型,并对航空钛合金框体工件进行了铣削加工变形预测及试验验证,仿真结果与试验数据吻合较好。

关键词：薄壁工件加工变形预测铣削力模型