薄壁铣削中 chatter 振动的建模及其对工件表面粗糙度的影响研究附Matlab代码

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🔥 内容介绍

本论文聚焦薄壁铣削加工领域，针对 chatter 振动问题，深入开展 chatter 振动建模及其对工件表面粗糙度影响的研究。通过综合运用动力学理论、切削力学知识，构建薄壁铣削 chatter 振动模型，分析振动产生的机理。采用实验研究与数值模拟相结合的方法，探究不同加工参数下 chatter 振动与工件表面粗糙度之间的关系。研究结果揭示了 chatter 振动影响表面粗糙度的内在规律，为薄壁铣削加工过程中预测和控制 chatter 振动、优化加工参数、提高工件表面质量提供了理论依据和技术支持。

一、引言

1.1 研究背景与意义

随着航空航天、汽车制造等高端制造业的快速发展，薄壁零件因其具有重量轻、结构紧凑等优点，在这些领域得到了广泛应用 。然而，薄壁零件由于其刚性差，在铣削加工过程中极易产生 chatter 振动 。chatter 振动不仅会降低刀具寿命、影响加工效率，更会对工件表面粗糙度产生严重影响，导致工件表面质量下降，无法满足高精度的使用要求 。例如，在航空发动机叶片加工中，若表面粗糙度不达标，会影响叶片的气动性能，进而降低发动机的效率和可靠性 。因此，深入研究薄壁铣削中 chatter 振动的建模及其对工件表面粗糙度的影响，对于提高薄壁零件的加工质量、推动高端制造业的发展具有重要的理论意义和实际应用价值。

1.2 国内外研究现状

在国外，学者们对薄壁铣削 chatter 振动及表面粗糙度问题开展了大量研究 。[国外学者姓名 1] 通过建立铣削动力学模型，分析了切削参数对 chatter 振动的影响，并提出了基于稳定性叶瓣图的参数优化方法 。[国外学者姓名 2] 运用有限元方法，研究了薄壁结构的动态特性与 chatter 振动之间的关系 。在表面粗糙度研究方面，[国外学者姓名 3] 通过实验建立了切削参数与表面粗糙度的经验模型 。国内研究也取得了一定成果，[国内学者姓名 1] 提出了一种考虑刀具 - 工件动态相互作用的 chatter 振动预测模型 。[国内学者姓名 2] 通过实验研究了不同铣削方式下表面粗糙度的变化规律 。但目前的研究在综合考虑多种因素构建精确的 chatter 振动模型，以及深入分析 chatter 振动影响表面粗糙度的微观机理等方面仍存在不足，需要进一步深入探讨。

二、薄壁铣削 chatter 振动建模

2.1 chatter 振动产生机理

薄壁铣削过程中的 chatter 振动本质上是一种自激振动 。在铣削过程中，刀具与工件之间的切削力会引起刀具和工件的振动，而振动又会反过来影响切削力的大小和方向，当这种相互作用达到一定条件时，就会引发自激振动，即 chatter 振动 。其产生主要与切削刚度、切削阻尼、切削力特性以及系统的动态特性等因素有关 。例如，当切削刚度较低、切削阻尼不足，且切削力的变化频率与系统的固有频率接近时，极易引发 chatter 振动 。

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