高速车、铣加工过程中自激振动结构再生颤振可靠性及应用研究

金属加工中再生颤振严重影响加工精度并对机床有破坏作用。可靠预测再生颤振能够最大限度发挥机床加工能力。现有机床再生颤振研究均基于确定性参数进行，由于结构存在随机性，往往导致分析结果与实际不符。本项目拟研究车、铣加工中随机变量导致切削动力系统发生再生颤振的概率可靠性分析理论。机床再生颤振本质是位移延时反馈自激振动系统。本项目首先针对位移延时反馈自激振动系统，以稳定性条件建立可靠度模型，研究可靠度计算方法、可靠性灵敏度计算方法。进行机床主轴模态实验和切削力实验获得随机变量分布的数字特征；研究车、铣加工中切削系统动态特性参数、主轴转速、切削力系数等为随机变量时系统再生颤振可靠性分析方法，应用自激振荡可靠性分析方法研究再生颤振可靠性问题。最后研究以金属切削率最大化为目标，可靠度指标为约束的加工参数优化方法。本研究为可靠预测颤振、发挥机床加工能力提供理论基础，对航空、汽车、模具等行业具有重要意义。

本项目执行主要进行了四个方面的研究。第一是颤振可靠性的研究，涵盖研究计划里的主要研究内容。分别对单自由度车削中的正交加工以及两自由度铣削加工中的侧铣加工进行可靠性研究。引入可靠度的概念分析给定主轴转速和切宽（深）情况下发生颤振的概率，并且研究了一次二阶矩法、四阶矩法、蒙特卡洛法等计算车、铣加工系统可靠度的方法。研究了车铣加工过程的参数灵敏度问题，并研究了灵敏度计算方法 。其主要成果是提出了颤振可靠性叶瓣图的方法，该方法已申请国家发明专利。第二是金属加工颤振预测分析软件的开发。该软件采用C#编写，配合NI数据采集卡，模态力锤和加速度传感器，设计并开发形成一套系统，能够对车床、铣床进行加工能力分析，获得叶瓣图。在沈阳机床集团进行过应用。该软件已申请了2份软件著作权。第三是颤振在线检测新算法的研究。该部分在研究计划中没有列出，根据需要进行了增加。该方法以HHT变换为基础，提出采用时频熵的方法进行后处理，相对于传统方法时频熵的阈值更容易设置。另外，提出频次比的概念解决加工状态中由于各种原因导致的周期性干扰信号的误判现象。第四是铣削加工导纳综合法的研究，包括单点结合、两点结合模型以及结合参数辨识算法的研究。. 在本项目的支持下，发表学术论文15篇，其中EI检索11篇，申请发明专利2个，培养已毕业硕士研究生4名，在读硕士研究生3名，申请软件著作权3份，撰写著作章节1章。.