Моделирование динамики процесса фрезерования тонкостенных сложнопрофильных деталей

• Автор: Киселев, Игорь Алексеевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 243 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Елава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ФРЕЗЕРОВАНИЯ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
1.1. Обзор ранее разработанных моделей динамики процесса фрезерования
1.1.1. Методы моделирования динамики плоского фрезерования
1.1.2. Методы моделирования динамики пространственного фрезерования
1.1.3. Алгоритмы геометрического моделирования, применяемые для моделирования 5-координатного фрезерования
1.1.4. Применение метода конечных элементов для моделирования поведения сложнопрофильных деталей в процессе пространственной обработки фрезерованием
1.1.5. Модели сил резания и определение их параметров
1.1.6. Экспериментальные и расчетные критерии качества обработки сложнопрофильных деталей
1.2. Концепция моделирования динамики фрезерования сложнопрофильных деталей и ее применение для определения рациональных режимов обработки
Выводы по главе 1. Формулировка целей и задач исследования
Глава 2. КОМПЛЕКСНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ
2.1. Структура имитационной модели динамики пространственного фрезерования
2.2. Модель инструмента
2.3. Алгоритм геометрического моделирования
2.3.1. Модель поверхности обрабатываемой детали.
Алгоритм ЗМгВЬ
2.3.2. Алгоритм определения толщины срезаемого слоя
2.3.3. Алгоритм изменения поверхности обрабатываемой детали по мере удаления материала режущими кромками инструмента
2.4. Модель динамики обрабатываемой детали на основе метода конечных элементов
2.4.1. Определение собственных частот и форм колебаний детали
2.4.2. Интегрирование уравнений движения детали методом разложения по собственным формам
2.4.3. Учет влияния снятия припуска на динамические характеристики обрабатываемой детали. Алгоритм коррекции сетки конечно-элементной модели
2.5. Итерационное уточнение усилий резания в процессе моделирования движения системы
2.6. Расчетно-экспериментальная методика определения коэффициентов моделей сил резания
2.6.1. Модели усилий резания
2.6.2. Использование алгоритма Нелдера-Мида для численноэкспериментального определения коэффициентов модели сил резания
Выводы по главе
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ВЕРИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ
ЗЛ. Экспериментальное определение коэффициентов модели сил резания
ЗЛЛ. Коэффициенты модели сил резания для цилиндрической фрезы с винтовыми режущими кромками
ЗЛ.2. Коэффициенты модели сил резания для сферической концевой фрезы с винтовыми режущими кромками
3.2. Исследование динамики процесса плоского фрезерования на примере модели динамической системы с одной степенью свободы
3.2.1. Описание расчетной схемы, испытательного стенда и измерительной системы
3.2.2. Моделирование вынужденных колебаний под действием сил резания
3.2.3. Моделирование вибраций при фрезеровании с учетом запаздывания и сравнение с результатами эксперимента
3.3. Исследование динамики процесса пространственного фрезерования консольно закрепленной пластины
3.3.1. Описание экспериментальной установки и измерительной системы
3.3.2. Коррекция конечно-элементной модели заготовки с применением результатов экспериментального модального анализа
3.3.3. Результаты моделирования процесса фрезерования. Сопоставление с экспериментальными данными
показана траектория движения центра фрезы с учетом вибраций, С1{, С, С(+1 - три последовательных положения центра фрезы, полученных в результате интегрирования движения. Тонкими линиями показаны радиусы фрезы в каждый из трех выбранных моментов времени, кроме того, для момента времени / + 1 проведена окружность, обозначающая поверхность вращения фрезы. Материал заготовки, находящийся внутри данной окружности, должен быть удален в соответствие с методом CSG, однако в данном случае это приведет к ошибочным результатам и материал в заштрихованной области будет удален преждевременно. Некорректное удаление материала, в свою очередь, повлияет на величины сил резания при проходе следующей режущей кромки, в результате адекватное моделирование динамики процесса резания может нарушиться.
1.1.4 Применение метода конечных элементов для моделирования поведения сложнопрофильных деталей в процессе пространственной обработки фрезерованием
В большинстве ранних работ (см. раздел 1.1.1), посвященных исследованию динамики процесса фрезерования, при моделировании учитывались только динамические характеристики фрезы. Динамическая модель обрабатываемой детали в лучшем случае соответствовала модели, показанной на рисунке 1.2, и учитывала смещения обрабатываемой поверхности по направлению двух степеней свободы (2-мерный случай, плоское фрезерование). Этого было достаточно для разработки основных подходов к моделированию и аналитическому исследованию устойчивости системы. Практическая ценность учета динамики обрабатываемой детали в задачах плоского фрезерования была не так высока, поскольку, как правило, данный вид обработки не применяется для податливых деталей, прогибы