颤振是金属切削加工过程中刀具与工件之间产生的一种强烈的相对振动,属于自激振动。颤振降低加工质量与切削效率,降低刀具、机床的使用寿命,产生污染周围环境的切削噪声,甚至导致人身伤亡与机床加工的重大事故。因此,对于颤振的研究具有较高的实际意义。 首先,本文讲述动态系统的一些基本概念和切削颤振的线性理论,作为非线性理论方面的研究成果的基础。引入平衡点、极限环及其稳定性的概念,以此为基础我们讨论自激振动的特点和机制。在金属切削过程中,由于反馈量与反馈方式的不同,可以有不同类型的颤振以及不同的失稳方式,我们分别对速度反馈、位移反馈以及模态耦合三种不同机制的切削颤振进行线性建模,对其机理做了比较详尽的分析和研究。 其次,本文阐述了本文在切削颤振非线性理论方面的成果。首先介绍由其他学者提出的一个非线性颤振模型,该模型反映了机床结构的非线性刚度这一非线性因素,论述了这一模型的成就,指出了它所面临的困难和所存在的问题。然后,引入刀具振离工件材料这一非线性因素,建立了一个新的非线性颤振模型,详细讨论了这一模型的特性及其所导致的结论,如振幅稳定性,以及诸切削参数对于稳定振幅的影响等等。紧接着将切削过程中两个基本的非线性因素同时纳入考虑:刀刃的运动轨迹的一部分越出工件材料之外和切削力对于切削厚度的非线性依赖关系,建立了关于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:振幅自稳定性和有限振幅不稳定,这些现象是传统的线性理论所无法解释的。 最后,通过实验验证本文所提出的切削颤振模型,理论预测的结果和实验数据相符合;并采用非线性数字建模和仿真的方法研究切削过程的颤振机理,揭示颤振发生、发展和最终走向稳定的全过程;剖析切削用量对于这一过程的影响,以达到预测和控制颤振的目的,为整体叶盘数控加工时颤振的在线监测和控制提供理论依据。