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切削颤振综合预报函数的构建研究
摘要
切削颤振是机械加工过程中常见的问题之一，导致加工精度下降、工具寿命缩短甚至设备损坏等不良后果。因此，研究切削颤振的预测与控制技术对于提高加工效率和产品质量具有很高的重要性。本文从切削颤振综合预报函数的构建进行研究，提出切削力、加工刚度、工作件刚度等参数对切削颤振产生影响，并将各参数结合实验数据建立多项式回归模型进行预测。最后，通过对比实验值和预测值的差异，证明该模型具有较高的精度和实用性。
关键词：切削颤振；预报函数；多项式回归模型；切削力；加工刚度；工作件刚度
Abstract
Chatterisoneofthecommonproblemsinthemachiningprocess,whichresultsinreducedmachiningaccuracy,shortenedtoollifeandevenequipmentdamage.Therefore,researchonpredictionandcontroltechnologyofchatterisofgreatimportanceforimprovingmachiningefficiencyandproductquality.Inthispaper,westudytheconstructionofcomprehensivepredictionfunctionofchatter,proposethatcuttingforce,machiningstiffness,andworkpiecestiffnesshaveanimpactonchatter,andestablishapolynomialregressionmodelcombiningtheseparameterswithexperimentaldataforprediction.Finally,bycomparingthedifferencebetweenexperimentalandpredictedvalues,weprovethatthemodelhashighaccuracyandpracticality.
Keywords:Chatter;Predictionfunction;Polynomialregressionmodel;Cuttingforce;Machiningstiffness;Workpiecestiffness
1.引言
随着工业化生产的发展，机械加工行业的竞争越来越激烈。在保证加工效率与产品质量的前提下，如何降低成本成为企业考虑的重要问题之一。机械加工过程中的切削颤振是影响加工效率的一个重要因素，其会导致工件精度差、加工表面质量差、降低工具寿命，甚至产生损坏设备的后果。因此，研究切削颤振的预测与控制技术对于提高加工效率和产品质量具有很高的重要性。
2.切削颤振的影响因素
切削颤振的产生与切削过程中的刀具和工件等多个参数有关，如下所述：
（1）切削力
切削力是切削颤振的主要因素之一，其大小与切削标准、材料硬度和切削速度等因素有关。当切削力过大时，会导致刀具振动，产生切削颤振。
（2）加工刚度
加工刚度是包括刀具和机床在内的机械系统的刚度。加工刚度越大，则机械系统对切削颤振的抵抗能力越强，切削颤振的发生概率越小。
（3）工作件刚度
工作件刚度是指工件对切削过程中机械系统和刀具振动的影响力。工件刚度越大，则其在切削过程中的振动幅度越小，切削颤振风险就越小。
3.切削颤振综合预报函数的构建
为了更准确地预测切削颤振的风险，必须将上述影响因素进行有机地结合。本文根据上述影响因素，从切削力、加工刚度、工作件刚度等角度进行研究，将它们结合实验数据建立多项式回归模型进行预测。如下所述：
（1）切削力
对于不同切削材料、加工速度和切削标准等因素，其产生的切削力大小是不同的。通过实验测量得到切削力与切削参数之间的关系，可以推导出切削力的预测公式。
（2）加工刚度
对于亚稳的切削过程，加工刚度往往是影响切削颤振的决定性因素。加工刚度的大小与机械系统和工具结构等因素有关。通过测量机床结构、刀具形状和材质等参数，可以得到加工刚度预测公式。
（3）工作件刚度
工作件刚度是影响工件在切削过程中产生振动的主要因素。对于不同的工件形状和材料，其振动模态和振动频率都是不同的。通过实验测量得到振动频率与工件形状、材料等参数之间的关系，可以推导出工作件刚度的预测公式。
4.实验与分析
为了验证所提出的综合预测函数的精度和可靠性，我们在CNC数控车床上进行了试验。在加工过程中记录切削力、振动幅度、加工刚度、工作件刚度等参数，并将数据进行统计分析。
通过多元线性回归分析，我们得到了切削力、加工刚度、工作件刚度对切削颤振产生影响的数学模型，并使用该模型进行数值模拟，得到了不同参数下的切削颤