极端制造中精密重型工件BTA内排屑深孔套料加工理论研究

研究深孔加工中旋转的内外流固耦合诱发的钻杆混合屑液流体参数颤振对重型工件加工精度的影响。用拓扑网络法建立系统复杂内场环境下多变量耦合模型；以正交切削模式研究切削颤振与系统组元的耦合作用；通过动力缩微相似模拟与切削力模拟电路实现实验室尺度下分析切削颤振的非平庸特性，并探讨其信息交换和反馈及其与主控精度特性的交联、多模态耦合机制；分析系统组元间奇异点存在及其与奇异工况的相关性，揭示深孔切削颤振成因及演化机制，掌握深孔主要加工缺陷的形成机制和影响因素；建立多精度最佳约束条件的工艺参数混合递阶竞争优化模式，通过处理实验数据找到该约束下的最佳工艺解，并在机床上实际切削重型深孔工件，验证上述研究设想。本项申请将为实现极端制造中百万千瓦级核电、超临界及超超临界汽轮机转子及其它大型铸锻件的高精、高效深孔套料加工提供理论基础和关键技术，也为类似蕴涵机、电、液多种能量形式载体的复杂工程系统的研究提供研究思路。

重型深孔加工长径比180~230，决定了流体诱发的扰动在该系统中占重要作用。国际学术界缺乏对该工艺系统复杂多耦合力场的耦联动力行为研究。对大长径比钻杆夹持刀具切削所表现出的复杂动力行为及其加工质量的研究，是明确BTA内排屑深孔套料工艺质量形成的依据。.通过建立BTA深孔工艺系统的两类全局模型，获知Timoshenko梁模型频率下降1.19%，液固耦联模型在计入弯曲和流体哥氏惯性力时，计算频率更精确。若计入钻杆外切削液的扰动，则系统为半频涡动失稳；考虑弯曲时失稳速度小于半频。计入内切削液扰动条件得到的临界转速与生产数据一致性较好。对钻杆流体的环空动力效应研究表明，钻杆横向振动频率随转速增高成正比例增加，随环空间隙增加而减小。利用计入钻杆旋转效应时的弯曲临界压力公式，可判定挠曲线形状所决定的工件内孔加工精度。若同时考虑内、外切削液流动对系统的影响，系统频率更取决于切削液的密度、流速及加工孔径。一阶和二阶频率对流速的敏感性高于其对轴向压力的敏感性；且二阶频率比一阶频率对流速更敏感。.考虑流体阻尼的颤振研究，可明确颤振发生的临界条件。颤振的系统改变转速、进给量及阻尼，能改变系统稳定条件，达到抑振目的。对其稳定性研究表明其稳定是双特征值问题。系统在运行中的时滞特性决定了其基波和谐波表现相同，即振动波形取决于系统的初始扰动，谐波接近固有频率，达到稳定边界的未知运动频率近似为调制频率的倍数。计及切削力及流体力的周期稳定研究明确了正阻尼系统渐进稳定；负阻尼系统不稳定。旋转钻杆与在其腔内的流体相互作用会导致颤振或失稳。通过对充液比与转速比的稳定相图分析表明，不能忽略流体粘度对稳定性的影响。添加外阻尼可使系统更稳定，即使系统各向同性，也会有两个不稳定的区域。该情况下的全局分岔分析表明无扰运动只在Liapunov意义下稳定。Melnilov函数计算表明，横截面∑θ0上满足σpCL= Df R0(ω)时，存在二次异宿相切分岔轨道。.运用Taguchi正交法可形成完整的BTA深孔加工工艺参数混合递阶竞争优化算法。通过对工艺参数优化的冲突化解策略和模糊评判的研究，形成参数选择冲突化解策略和工艺方案的整体全局模糊评价两类算法，利用约束参数区间的冗余扩展找出制约瓶颈，以最小参数区间损失争取到最佳加工精度指标，可对工艺方案的整体水平进行全局模糊评价。