薄壁件铣削稳定性分析

航空航天薄壁结构件铣削技术直接影响着飞行器的结构强度、有效承载能力及疲劳寿命，是一项共性关键技术。本项目以国防需求为背景，围绕薄壁件铣削过程的稳定可靠加工要求，研究其中的动力学问题。.具体研究内容有：结合几何学、运动学、切削原理以及动力学理论，建立颤振稳定性的数学模型；借助结构奇异值理论、矩阵的谱理论、Poincare截面理论、Floquet理论以及泛函微分方程理论，深入研究稳定性叶瓣图的求解算法，并以此为基础，系统揭示铣削力系数、模态参数、加工变形以及刀具几何参数等因素与颤振稳定性的关联关系；结合金属切削原理与试验仿真法，初步研究切削阻尼的建模方法及其对颤振稳定性的影响规律；结合卷积理论、傅里叶变换原理以及振动理论，初步研究强迫振动的表征模型及影响因素；采用多准则、凸规划优化等方法，研究铣削振动的抑制方案。通过以上研究，为实现薄壁构件的高精密、高效率与稳定可靠加工奠定理论和方法论基础。

以薄壁结构件稳定加工为应用背景，针对铣削过程中因切削力、加工变形以及再生颤振耦合作用导致的不稳定切削行为，通过相关专业、学科的优势联合，借助于实验研究、力学建模、数值计算等方法，构建了薄壁件切削过程的系列物理仿真模型。全面阐明了从切削力到加工变形的建模仿真机理，建立了考虑静/动态变形的加工表面误差预测算法，发现了切削力的三元构成原理，阐明了切削力建模与刀具偏心的内在关系，由此建立了切削力系数与偏心参数的高效实验标定新方法，克服了以往平均值标定法实验量大、枚举标定法效率低的问题。突破了现有铣削动力学模型的片面性，通过引入瞬时未变形切屑厚度一般表达式，实现了不同刀齿部位延时量与刀具偏心、进给率等任意参数的隐式关联，建立了从切削动态变形预测到多延时动力学颤振稳定性分析的通用模型和稳定性状态判据，阐明了刀具偏心、进给量、径向切深、切削力模型、以及刀具螺旋角与齿间角等参数对颤振稳定性的影响规律，得出了非均匀齿间角、小进给量、小径向切深以及刀具偏心的出现有利于稳定切削的结论。