大型螺纹高速硬旋铣动态响应特性及精密成形工艺研究

大型螺纹高速硬旋铣精密成形技术具有多运动耦合多刀具渐进成形、时变断续冲击硬态切削，以及多点支撑变约束等特点，其在运动几何成形机理、物理切削特性和工件定位装夹技术等方面与普通切削方式有着明显区别。本项目将紧密结合旋铣技术和加工对象的特殊性，同时从螺纹滚道旋铣几何成形过程、物理切削过程和刀具工件系统动态性能三方面开展工作，建立滚道表面粗糙度的预测模型、螺纹高速硬旋铣的物理行为仿真模型和系统的动力学模型，研究螺纹滚道表面成形机理、刀具工件系统动力学响应，以及大型工件变支撑跟随装夹技术，并结合实验最终揭示旋铣加工及支撑装夹工艺对大型螺纹硬旋铣精密成形质量的影响规律。在（双）圆弧螺纹滚道的粗糙度预测及时变断续激励下的多点变约束系统动力学分析等方面具有重要理论研究价值，研究成果将为高品质螺纹高效旋铣加工提供理论指导，为国产大型螺纹硬旋铣加工装备的增效和性能升级提供技术支持，具有实际的应用前景。

大型螺纹传动件是制约我国精密机床等行业发展的瓶颈，高效优质的螺纹旋铣技术是解决大型螺纹批量生产的核心前沿工艺。本项目紧密结合大型螺纹加工对象和硬态旋风铣削技术的特殊性，分别从以下三个方面开展研究：1）针对螺纹滚道旋铣多自由度耦合运动成形的特点，分析了多把刀具的渐进成形加工轨迹，研究了螺纹旋铣几何成形机理，并以双圆弧螺纹滚道为例，建立了基于螺纹旋风铣削振动的表面形貌理论预测模型和基于实验的表面粗糙度预测模型；2）针对多把刀具渐进成形断续切削的特点，建立了2D正交切削模型，仿真了其二次切削的物理行为过程，同时针对螺纹的几何特征，建立了螺纹高速硬旋铣的3D物理行为仿真模型，研究了动态切削力以及切屑的形成；此外，对大型螺纹旋风铣床的关键零部件及整机进行了静/动/热态多物理场耦合仿真及优化；3）针对高速硬旋铣丝杠时存在的时变断续激励和多点变支撑动态夹持特点，同时考虑工件的自转，建立了大型螺纹旋铣系统的动力学模型，对工件系统的动态响应展开研究，并针对大型螺纹工件全长上不同加工位置和约束工况下的振动和动态变形量进行了分析。最后，基于上述所建的各理论和仿真模型，并结合大型螺纹硬态旋风铣削实验，研究了高速硬旋铣加工工艺参数以及支撑装夹工艺参数对加工过程中的振动和切削力等，以及加工后的工件表面完整性指标的影响规律。其中，在双圆弧螺纹滚道的粗糙度预测及时变断续激励下的多点变约束系统动力学分析等方面的研究成果具有重要的理论参考价值，相关成果将为大型螺纹高效旋铣加工提供理论指导，为国产大型螺纹硬旋铣加工装备的增效和性能升级提供技术支持，具有实际的应用前景。