切削加工動(dòng)力學(xué)現(xiàn)代分析方法

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 傳統(tǒng)加工動(dòng)力學(xué)研究 1
1.2 加工過程不確定性問題的影響 2
1.3 機(jī)器人銑削加工 3
1.4 骨材料加工 4
參考文獻(xiàn) 5
第2章 切削加工過程中的顫振分析方法 6
2.1 車削加工中的再生顫振 6
2.1.1 外圓車削加工動(dòng)力學(xué)模型 6
2.1.2 端面車削加工動(dòng)力學(xué)模型 7
2.1.3 車削加工穩(wěn)定性葉瓣圖 8
2.2 車削顫振時(shí)域仿真 11
2.2.1 歐拉法時(shí)域仿真 11
2.2.2 車削顫振仿真算例 12
2.2.3 四階龍格-庫塔法時(shí)域仿真 19
2.3 銑削加工再生顫振預(yù)測(cè)方法 20
2.3.1 平均刀齒角法 21
2.3.2 零階近似法 23
2.3.3 半離散法 29
2.3.4 全離散法 32
2.4 四種顫振預(yù)測(cè)方法對(duì)比 34
2.5 銑削加工系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié) 37
2.6 本章小結(jié) 37
參考文獻(xiàn) 38
第3章 機(jī)器人銑削加工模態(tài)耦合顫振 39
3.1 機(jī)器人銑削加工模態(tài)耦合顫振機(jī)理 40
3.1.1 機(jī)器人銑削加工動(dòng)力學(xué)建模 40
3.1.2 機(jī)器人銑削加工穩(wěn)定性判據(jù) 41
3.2 切削力分析 41
3.3 機(jī)器人銑削加工剛度定向過程 42
3.3.1 模態(tài)分析 43
3.3.2 機(jī)器人的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)建模 43
3.3.3 工具坐標(biāo)系 45
3.3.4 機(jī)器人剛度坐標(biāo)系 46
3.3.5 剛度映射過程 47
3.4 基于剛度定向的機(jī)器人銑削加工無顫振路徑優(yōu)化方法 48
3.5 機(jī)器人銑削加工顫振穩(wěn)定性分析案例 49
3.5.1 機(jī)器人模態(tài)測(cè)試 49
3.5.2 模態(tài)耦合顫振穩(wěn)定性分析 51
3.5.3 機(jī)器人半槽銑與全槽銑實(shí)驗(yàn) 52
3.6 機(jī)器人銑削加工參數(shù)對(duì)顫振穩(wěn)定性影響分析 56
3.6.1 切削參數(shù)對(duì)模態(tài)耦合顫振的影響 56
3.6.2 刀具懸長(zhǎng)對(duì)模態(tài)耦合顫振的影響 61
3.6.3 順逆銑對(duì)模態(tài)耦合顫振的影響 63
3.6.4 切削材料對(duì)模態(tài)耦合顫振的影響 64
3.7 本章小結(jié) 65
參考文獻(xiàn) 66
第4章 車削顫振可靠性 67
4.1 車削動(dòng)力學(xué)模型 67
4.1.1 外圓車削力學(xué)模型 67
4.1.2 穩(wěn)定性分析回顧 68
4.2 車削顫振系統(tǒng)可靠性建模 70
4.2.1 使用m、c、k和Ω進(jìn)行可靠性建模 70
4.2.2 使用m、c、k和ωc進(jìn)行可靠性建模 71
4.3 改進(jìn)一次二階矩法求解模型 71
4.3.1 顫振頻率參數(shù)分布估計(jì) 72
4.3.2 改進(jìn)一次二階矩法求解車削加工系統(tǒng)可靠性 72
4.4 四階矩法求解可靠性 74
4.5 案例分析 76
4.5.1 車削實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集與分析 76
4.5.2 車削過程中顫振頻率的分布 78
4.5.3 蒙特卡羅法求解車削加工系統(tǒng)的可靠度 79
4.5.4 一次二階矩法求解車削加工系統(tǒng)的可靠度 79
4.5.5 可靠性葉瓣圖 81
4.5.6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 82
4.6 車削顫振靈敏度 84
4.6.1 蒙特卡羅法求車削加工系統(tǒng)靈敏度 84
4.6.2 靈敏梯度和靈敏度因子 88
4.6.3 車削加工系統(tǒng)靈敏度求解算例 88
4.7 本章小結(jié) 89
參考文獻(xiàn) 90
第5章 顫振時(shí)變穩(wěn)定性預(yù)測(cè)分析方法 91
5.1 刀具磨損與切削力系數(shù)的時(shí)變特征分析 91
5.2 顫振時(shí)變穩(wěn)定性分析和時(shí)變可靠性建模與計(jì)算 92
5.2.1 基于頻域零階近似法的顫振時(shí)變穩(wěn)定性分析 92
5.2.2 基于頻域零階近似法的顫振時(shí)變可靠性建模與計(jì)算 93
5.2.3 給定切削深度、主軸轉(zhuǎn)速的極限切削深度和顫振可靠性曲線 94
5.3 算例分析 94
5.3.1 擬合Gamma過程參數(shù) 94
5.3.2 銑削顫振時(shí)變穩(wěn)定性 95
5.3.3 給定主軸轉(zhuǎn)速和切削深度下的顫振時(shí)變可靠度 96
5.3.4 頻域零階近似法與顫振時(shí)變穩(wěn)定性預(yù)測(cè)的對(duì)比分析 99
5.3.5 實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比 100
5.4 本章小結(jié) 101
參考文獻(xiàn) 101
第6章 顫振檢測(cè)方法 102
6.1 顫振測(cè)試系統(tǒng)要求 102
6.1.1 數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)與硬件選型 102
6.1.2 顫振測(cè)試傳感器的選取與放置 102
6.1.3 測(cè)試參數(shù)設(shè)置 104
6.2 顫振測(cè)試中常用的信號(hào)分析方法 104
6.2.1 自譜分析 104
6.2.2 小波變換 106
6.2.3 希爾伯特-黃變換方法 106
6.3 基于時(shí)頻熵和頻次比的HHT顫振檢測(cè)方法 108
6.3.1 信息熵和占空比 109
6.3.2 時(shí)頻熵 110
6.3.3 頻次比 112
6.4 仿真信號(hào)分析 113
6.5 基于車床CJ0625的顫振檢測(cè)結(jié)果研究 116
6.5.1 正交切削實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建 116
6.5.2 基于時(shí)頻熵的顫振檢測(cè)結(jié)果 117
6.5.3 基于頻次比的顫振檢測(cè)結(jié)果 118
6.6 基于ETC數(shù)控機(jī)床的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證 119
6.6.1 ETC實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建 119
6.6.2 ETC數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)分析 120
6.7 本章小結(jié) 124
參考文獻(xiàn) 124
第7章 車削顫振穩(wěn)定性分析預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng) 125
7.1 車削顫振穩(wěn)定性分析預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)的主要功能 125
7.1.1 振動(dòng)信號(hào)采集功能 125
7.1.2 數(shù)據(jù)分析功能 126
7.2 車削顫振穩(wěn)定性分析預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 127
7.3 車削顫振穩(wěn)定性分析預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法 127
7.3.1 車削顫振穩(wěn)定性分析預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 128
7.3.2 車削顫振穩(wěn)定性分析預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)采集模塊 129
7.3.3 車削顫振穩(wěn)定性分析預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)分析模塊 144
7.4 車削顫振穩(wěn)定性分析預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)的測(cè)試 160
7.4.1 采集模塊測(cè)試結(jié)果 160
7.4.2 分析模塊測(cè)試結(jié)果 161
7.5 車削顫振穩(wěn)定性分析預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 162
7.6 本章小結(jié) 165
參考文獻(xiàn) 165
第8章 銑削加工動(dòng)力學(xué)仿真 166
8.1 銑削過程描述 166
8.2 銑削三維建模 167
8.2.1 刀具幾何模型 167
8.2.2 Al6061材料的本構(gòu)模型 168
8.2.3 網(wǎng)格劃分 169
8.2.4 分離準(zhǔn)則 170
8.2.5 摩擦模型與接觸問題處理 171
8.2.6 傳熱邊界條件 172
8.3 仿真關(guān)鍵參數(shù)分析 173
8.3.1 網(wǎng)格重劃分預(yù)設(shè)值分析 173
8.3.2 摩擦因數(shù)的設(shè)定 177
8.4 尺寸效應(yīng)分析 177
8.4.1 尺寸效應(yīng)的現(xiàn)象 177
8.4.2 材料Al6061的小切削厚度判定 178
8.4.3 刀刃半徑對(duì)切削力的影響 179
8.4.4 刀刃半徑對(duì)切屑的影響 181
8.5 本章小結(jié) 183
參考文獻(xiàn) 183
第9章 骨科手術(shù)機(jī)器人及骨材料切削技術(shù) 184
9.1 機(jī)器人骨科手術(shù) 184
9.1.1 骨科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng) 184
9.1.2 截骨過程 185
9.2 密質(zhì)骨加工中受力的各向差異性188
9.2.1 骨組織的微觀結(jié)構(gòu) 188
9.2.2 密質(zhì)骨正交切削力的差異性 189
9.2.3 密質(zhì)骨銑削力的差異性 190
9.3 密質(zhì)骨銑削溫度預(yù)測(cè)方法 192
9.3.1 銑削恒功率熱源 193
9.3.2 刀尖溫度分布 193
9.3.3 骨表面溫度分布 194
9.4 本章小結(jié) 196
參考文獻(xiàn) 197
附錄 199