基於過程阻尼效應的銑削顫振抑制基礎理論與方法研究

《基於過程阻尼效應的銑削顫振抑制基礎理論與方法研究》是依託南京航空航天大學，由趙威擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於過程阻尼效應的銑削顫振抑制基礎理論與方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙威
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

切削顫振是影響機械產品加工質量和工具機切削效率的關鍵問題之一。揭示切削顫振的產生本質、有效消除或抑制切削顫振，從而提升零件的加工質量、提高切削效率、延長刀具耐用度等一直是機加工領域的研究熱點。本項目以鈦合金材料及其弱剛性結構的銑削加工為研究對象，通過理論分析、數值計算、加工實驗與測試分析等，開展基於過程阻尼效應的銑削顫振抑制基礎理論與方法研究。具體內容包括：基於勞斯判據的銑削顫振機理分析與顫振抑制策略；基於過程阻尼效應的非線性銑削動力學模型與穩定性極限預測；基於過程阻尼效應的銑削顫振抑制刀具設計理論與方法；面向難加工材料弱剛性結構的銑削顫振綜合控制與參數最佳化。本項目旨在從控制系統阻尼的角度探索銑削顫振的產生本質、影響因素及其控制策略等方面的科學問題，提出並建立銑削顫振抑制的基礎理論與方法，為解決難加工材料及其弱剛性結構的銑削顫振問題提供理論方法與技術基礎。

結題摘要

切削顫振是影響機械產品加工質量和工具機切削效率的關鍵問題之一。本項目從控制系統阻尼的角度探索了銑削顫振的產生本質、影響因素及其控制策略等方面的科學問題，提出並建立了銑削顫振抑制的基礎理論與方法。主要研究內容包括：從銑削顫振產生的動力學本質出發，引入勞斯判據，系統分析了時滯效應對銑削系統阻尼和剛度的影響，揭示了銑削顫振發生的物理本質，為顫振抑振提供統一的理論解釋；研究了過程阻尼形成機理，建立了考慮過程阻尼效應的非線性動力學模型，並通過數值計算，預測了銑削穩定性極限，為銑削參數最佳化選擇提供了理論與方法支持；基於勞斯判據並充分考慮加工工藝系統的過程阻尼效應和時滯效應，提出了改變齒間距、螺旋角以及消振棱等刀具結構參數的減振刀具設計方案，並進行了數值模擬分析和試驗驗證；針對難加工材料弱剛性結構的工藝特徵，構建了典型薄壁件的非線性銑削動力學模型並進行了穩定性極限預測，在銑削顫振綜合控制策略研究的基礎上，通過工藝參數優選，實現了典型鈦合金材料薄壁弱剛性結構的銑削顫振綜合控制。項目研究按照既定計畫進行，完成了項目申請書及計畫書中擬定的研究內容。主要研究成果包括：建立了基於過程阻尼效應的非線性動力學模型，提出了基於勞斯判據的銑削加工減振刀具的設計方法，設計並試製了減振刀具3套，形成了TC4鈦合金薄壁弱剛性結構銑削顫振綜合控制工藝方案1項。項目研究共發表學術論文14篇，申請國家發明專利2項，培養博士生2名、碩士生6名；項目組成員參加國內外學術會議12次，宣讀論文/作報告8次，與德國達姆施塔特工業大學研究團隊聯合申報國際合作項目3次。項目研究為解決難加工材料及其弱剛性結構的銑削顫振問題提供了理論方法與技術基礎。研究成果對促進航空航天等國家重點發展行業核心產品關鍵零件的“控形”與“控性”加工技術的進步，豐富製造技術基礎理論，推動製造技術發展等具有重要的理論意義和工程套用價值。