【摘 要】
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在研究机床切削加工过程中,颤振一直是一个热门的问题,对工件加工质量有着至关重要的影响。目前关于车削颤振的研究大部分是将工件视为刚体,将刀具系统视为柔性体进行稳定性分析,然而在实际加工过程中,当工件长度比较长,直径比较小时,情形是恰恰相反的。因此,本文以柔性工件作为研究建模分析的对象,将其他部件视为刚体,研究柔性工件的车削振动情况。论文的主要研究内容包括:（1）基于有限单元法,建立了柔性工件的时变多
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51575095）； 中国博士后科学基金面上项目（2017M610180）；
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在研究机床切削加工过程中,颤振一直是一个热门的问题,对工件加工质量有着至关重要的影响。目前关于车削颤振的研究大部分是将工件视为刚体,将刀具系统视为柔性体进行稳定性分析,然而在实际加工过程中,当工件长度比较长,直径比较小时,情形是恰恰相反的。因此,本文以柔性工件作为研究建模分析的对象,将其他部件视为刚体,研究柔性工件的车削振动情况。论文的主要研究内容包括:（1）基于有限单元法,建立了柔性工件的时变多自由度振动动力学模型。将车削过程中刀具系统视为刚体,对柔性工件划分数个单元,计算每个弹性微元的动能及势能,利用Lagrange方程可以求出柔性工件的时变动力学方程,并考虑了车削过程工件时变质量、回转、刚度矩阵这一因素。然后分析了工件系统在半径时变下的临界转速变化以及车削时域仿真变化,研究了不同仿真参数的影响。最后通过工件静刚度试验与理论模型计算进行刚度对比,从侧面验证建模的正确性。（2）根据再生型车削颤振机理,引入含有时滞T的动态切削力,推导多自由度工件颤振稳定性模型。利用拉普拉斯变换,将含有动态切削力的数学模型从时域转换到频域,推导系统的特征方程,推导出了极限切宽与主轴转速的关系,并绘制稳定叶瓣图,考虑了不同加工参数以及车削过程质量时变对车削加工稳定性区域的影响。（3）设计车削颤振试验,从实际试验角度观察工件车削振动情况并与理论模型进行对比验证。首先设计了与传感器结合的组合夹具,更为方便观测车削时三个方向的车削力大小,然后设计了多个阶梯轴工件,通过改变不同转速、进给量与切削深度,利用试验法求出了本文试验条件下的切削刚度系数以及方向系数,并验证了所求切削刚度系数的正确性,最后通过车削试验力信号与振动位移信号的对比验证理论建模的正确性。本文建立了多自由度柔性工件的时变振动动力学模型,引入半径变化因素,分析不同参数对工件车削时域仿真的影响;建立车削颤振稳定性数学模型,推导极限切宽与主轴转速的关系并进行稳定分析;设计车削颤振试验,通过试验求得切削刚度系数和方向系数后与所建立的理论模型进行对比验证。本文对车削加工时柔性工件的颤振情况进行稳定性分析与试验分析,对理解颤振的机理、预测和抑制提供一定的理论参考。
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