《基於內阻尼的高轉速銑削失穩機制研究》是依託山東大學，由宋清華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於內阻尼的高轉速銑削失穩機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：宋清華
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著主軸轉速的提高，外阻尼對主軸-刀柄-刀具組成的銑削加工系統失穩的抑制作用隨之降低，內阻尼成為導致系統失穩的重要因素。有關內阻尼對高轉速銑削加工系統失穩機制方面的研究至今未見報導。本項目首先基於遲滯型材料內阻尼建立高轉速銑削加工系統的復狀態空間控制模型，將失穩前後的內阻尼力分為線性和非線性兩個階段，在此模型中統一描述；其次，基於復模態綜合法和柔度耦合子結構技術，建立材料內阻尼影響因素與系統動態特性的關係模型；通過研究各階模態主共振時的穩定性，預測高轉速銑削加工系統的失穩機制，揭示遲滯型材料內阻尼在兩種（剛性和柔性）不同支承下對系統自激振動局部分岔的影響規律，探討系統失穩後的異步渦動規律；最後，基於等波谷/波峰理論，最佳化系統傳遞函式的實部和虛部，闡明材料內阻尼對高轉速銑削加工系統失穩的控制機理，為開發高轉速銑削加工系統的失穩抑制技術和設計製造高轉速銑削加工系統提供理論支持和技術指導。
結題摘要
高速銑削加工是一種高效率、高精度的銑削加工方法。隨著工業生產、國防、科技發展速度的日益加快，高速加工工況不斷趨於極限，在高轉速、離心力、陀螺效應和內阻尼等多種激勵強耦合作用下高速銑削刀具-主軸系統的動力學建模和穩定性預測變得十分複雜。目前人們對內阻尼的數學模型及如何對考慮內阻尼的高速銑削刀具-主軸系統進行動力學建模和分析由內阻尼引起的不穩定性還沒有充分的研究。針對上述科學問題，本項目主要完成以下研究工作：（1）刀具-刀柄-主軸系統的內阻尼失穩機制研究，包括內阻尼模型、影響因素分析、動態特性研究、內阻尼失穩預測等；（2）高轉速銑削系統內阻尼失穩機制研究，包括考慮內阻尼的銑削系統動力學模型研究、銑削實驗研究、銑削穩定預測等；（3）高轉速銑削系統內阻尼失穩控制研究，包括切削參數最佳化、結構參數最佳化及內阻尼失穩控制等。得到如下主要結果和關鍵數據：（1）在亞臨界轉速區系統是穩定的，在超臨界轉速區系統的穩定性依賴於外阻尼和內阻尼的比值；內阻尼可以在亞臨界轉速區增強銑削系統的穩定性，在超臨界轉速區降低系統的穩定性，此影響規律與陀螺效應的影響正好相反；（2）內阻尼較小時，正進動模態在任何轉速都是穩定的，而反進動模態可能會發生失穩；內阻尼較大時，規律與之正好相反；區別正、反進動失穩的臨界內阻尼是ci,c=ceg/(2m-g)；（3）內阻尼失穩轉速表示為Ωin=(1+rc)Ωf，其與外阻尼和內阻尼的比值有關，且隨內阻尼的增大而減小。如果沒有外阻尼存在，系統在整個超臨界轉速區都處於失穩狀態；“Jump”轉速表示為ΩJ=Ωo/(1+rc)，當“Jump”轉速大於Ωf時，系統失穩；（4）內阻尼失穩轉速隨內阻尼的增大而降低；如果沒有外阻尼，系統將在整個超臨界轉速區失穩；當內阻尼失穩發生時，穩定性極限切深將變為0。本項目的研究對高阻尼旋轉刀具-刀柄-主軸系統的設計、製造等具有重要的理論和實際指導意義，同時對約束阻尼在刀具中套用提供了重要的技術支持。
