淬硬钢精密切削过程振动特性及其对加工表面质量影响研究

作为淬硬零件的最终加工方法，硬态切削技术是具有广泛应用前景的绿色切削工艺，但硬切削过程较传统切削更易产生振动，切削过程中的振动特性及其对加工表面质量影响方面还需做系统的研究工作。本项目从表面形成机理入手，对切屑生成规律及其对动态切削力、切削振动的影响进行深入研究，在数值模拟技术、热弹塑性理论和动力学理论的支持下，通过深入的理论研究和系统的切削实验，建立淬硬钢高速硬态精密切削动力学模型，考虑切削深度、切削速度、进给量、刀具的几何参数、工件硬度及刀具磨损对切削过程的影响，进行多参数的淬硬钢精密切削系统稳定性极限预测，并就此提出抑制振动的措施；建立切削过程中的振动振幅综合预测模型和考虑振动因素影响的加工表面质量综合预测模型，并对切削参数进行优选。为精密硬态切削工艺的推广应用提供理论支持。

作为淬硬零件的最终加工方法，硬态切削技术是具有广泛应用前景的绿色切削工艺，但硬态切削过程较传统切削更易产生振动。本项目通过深入的理论研究、数值仿真和切削试验，对淬硬钢高速精密切削加工的切屑形成特征、切削振动特性及其对加工表面质量的影响和切削过程优化等方面进行了深入研究。确定了硬态切削带状切屑向锯齿形切屑的转变界限，随切削用量的增加，锯齿形切屑锯齿化程度都有提高的趋势，其中切削速度的影响最显著，而硬度增加，锯齿化程度也会增加；建立了动态切削力模型和切削颤振系统动力学模型，并对淬硬钢精密切削系统进行了动力学参数的测量；考虑主轴转速、切削宽度、进给量、刀尖圆弧半径及工件硬度的影响，实现了较精确的硬态切削过程稳定性极限预测，切削工件材料硬度越高、刀尖圆弧半径越大以及进给量越小，都会使切削颤振更易发生，硬切削过程较传统切削更容易产生切削振动；基于对影响系统稳定性因素的深入分析，提出了精密硬态车削过程的振动抑制措施，提高系统刚度与切削系统阻尼比，减小系统切削刚度系数和方向系数，可作为切削系统的抑制振动措施，在切削系统确定的情况下，调整切削速度到恰当的数值，降低背吃刀量，减小刀尖圆弧半径，增大进给量，同样也可以作为切削系统的减振手段；应用BP神经网络技术建立了切削振动振幅预测模型；建立了考虑刀具振动因素影响的加工表面粗糙度、白层厚度、表面残余应力和刀具切削行程的多元非线形回归模型，并基于Matlab建立了加工表面质量综合预测系统；以获得良好加工表面质量为目标，兼顾刀具磨损，得出不同因素加权系数的优化切削参数矩阵。项目的研究成果可为精密硬态切削工艺的推广应用提供理论依据与技术支持。