基於廣義動力學空間的高進給切削刀具振動磨損機理

《基於廣義動力學空間的高進給切削刀具振動磨損機理》是依託哈爾濱理工大學，由李哲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於廣義動力學空間的高進給切削刀具振動磨損機理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李哲
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

高進給切削在以高精度大螺距螺桿為代表的大型裝備關鍵零部件加工中套用廣泛。沿多個方向交替進行的高進給、長行程切削過程中，刀具與工件的動力學和摩擦學系統具有混沌特性，切削振動特性多變，刀具磨損嚴重，已成為高進給切削效能大幅度提高的瓶頸，多強場耦合作用下高進給切削刀具振動磨損行為的演變規律和科學實質有待揭示。高進給切削工藝系統的工具機、刀具與工件具有不同的動力學空間尺度，刀具與工件的摩擦在不同動力學空間尺度上的演變過程存在複雜互動作用，對刀具磨損過程產生了控制性影響，工藝系統的廣義動力學空間及系統組成之間的動力學本構關係，是研究刀具振動磨損的關鍵。本申請擬在已有的高效切削刀具減振機理和摩擦磨損特性研究基礎上，構建高進給切削廣義動力學空間，揭示其動力學本構關係和振動的時變特性，研究基於廣義動力學空間的刀具振動與磨損的耦合效應，探明切削刃性能劣化動因與模型參數控制機制，為研製新型高效切削刀具提供依據。

結題摘要

為揭示多強場耦合作用下高進給切削刀具振動磨損行為的演變規律和科學實質，實現大螺距螺紋件高效、高品質加工。本項目以構建廣義動力學空間為切入點，結合大螺距螺紋件加工特點，研究了系統動力學特性、刀具振動磨損耦合機制、刃口穩定性設計和工藝穩定性設計等內容。 研究高進給切削工藝系統的工具機、刀具和工件三個子系統動力學行為，構建描述工具機、刀具和工件動力學行為的廣義動力學空間，並表征各子系統之間的關聯特性和高進給切削系統動力學行為；研究時變切削力引起的工藝系統振動變化規律，通過實驗法建立工具機、刀具和工件時變振動互動作用關係，闡述子系統之間的相互作用機理；構建車削外螺紋件的應變能和動能方程，結合考慮“再生顫振效應”瞬時切削力和邊界條件，根據虛功原理構建工件時變振動方程；構建高進給切削系統顫振模型，基於遺傳算法對切削參數進行最佳化，提出高進給切削振動抑制條件；構建車削大螺距螺紋刀具表面熱力學動態演變方程，並建立大螺距螺紋刀具振動磨損模型；闡述高進給切削刀具刃口刃形控制機制，並揭示了切削參數和刀具結構是控制刃口穩定性的主要因素；設計減振刀桿和開發適用於車削大螺距螺紋工件加工條件的減振刀具；研究高進給切削工藝系統穩定性設計方法，進行高進給切削工藝系統穩定性影響因素分析，提出車削大螺距螺桿工藝系統的穩定性設計方法。本研究為探討基於廣義動力學空間高進給切削刀具振動磨損影響機制奠定了堅實的工作基礎。同時為開發大螺距螺紋車削專用減振刀具提供了重要的啟示性線索。項目資助已發表論文7篇，待發表2篇，其中SCIE和EI雙檢3篇，EI檢索2篇，核心期刊4篇。獲專利授權9項，其中發明專利3項，實用新型專利6項。申請發明專利7項。培養博士研究生1名，在讀。培養碩士生17名，其中9名已經取得碩士學位，2名完成畢業論文撰寫預計2020年3月參加畢業答辯，6名在讀。項目投入經費62萬元，累計支出52.4896萬元，結餘9.5104萬元，各項支出基本與預算相符。剩餘經費將用於本項目研究後續支出。