旋转状态下主轴系统动态特性及铣削颤振稳定性预测研究

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目前高速铣削加工广泛的应用在汽车行业、模具行业、航天航空等多种行业之内.而电主轴是高速铣削机床的主要部件,高速电主轴在高速旋转条件下,主轴轴承所受离心力、陀螺力矩等因素,对主轴系统的动态特性产生了显著的影响。为了更准确的对高速铣削进行颤振稳定性预测,本文开展了以下主要工作:(1)介绍了铣削颤振稳定性预测的背景和意义,总结了近年来高速角接触轴承随主轴转速的变化关系,高速电主轴动态特性分析和铣削颤振稳定性预测方法的发展及研究现状。(2)对高速角接触球轴承滚动体进行受力分析和拟静力学和拟动力学分析。并对在高速旋转条件下,对主轴轴承的滚动体运动状态进行分析,计算轴承的各个动力学参数和在一定预紧力的条件下,轴承的径向刚度随转速的变化关系。(3)考虑轴承的支承刚度对主轴系统的影响,建立了主轴-夹具-刀具系统模型。并用有限元方法来分析主轴系统前几阶固有频率随转速的变化规律。同时本文还研究了不同刀具悬长和不同的轴承径向支承刚度的变化对主轴系统前几阶固有频率的影响。(4)对铣削加工过程中的颤振产生机理和铣削加工动力学进行建模,并对铣削颤振稳定性预测方法进行介绍和对颤振稳定性预测方法—零阶近似法进行理论建模。最后对不同的铣削模态参数对铣削颤振稳定性预测的影响进行研究。(5)考虑高速条件下主轴系统的动态特性对铣削颤振稳定性的影响,对铣削颤振稳定预测进行反向稳定性法进行理论建模和数值分析。可以得出在高速旋转条件下铣削的模态参数的变化会引起铣削颤振稳定性叶瓣图的变化。从而进行更加准确的颤振稳定性预测。(6)通过对MMT-50X铣床静止条件下进行模态测试并进行颤振稳定性预测。同时也对材料AL7075进行铣削颤振切削试验,并根据极限切深和颤振频率用反向稳定性法从新获得模态参数和新的颤振稳定性叶瓣图。根据试验结果发现,在高速铣削条件下颤振稳定性叶瓣图与静止条件获得颤振稳定性叶瓣图之间存在偏差。
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