叶片高速切削的刀具-工件交互过程阻尼和非线性动力学研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51775211
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0510.制造系统与智能化
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

During the traditional research of stability prediction in metal cutting, the process damping is assumed as an additional viscous term whose value is inversely proportional to the velocity, and it leads to the conclusion that the process damping only exist in the low-speed cutting. However, such assumption cannot explain the large difference between the stability prediction and the experimental results in high-speed cutting, which will lead to the inefficiency of parameter selection, such that the performance advantage of machine tool is also constrained. To overcome the problem, around blade machining, this project aims to investigate the formation mechanism of process damping and nonlinear time-delay dynamics in high-speed cutting based on the cutter-workpiece interaction. By exploring the complicated relationships between technical parameters, surface morphology and structure modes, we try to discover the mechanisms of cutting force and process damping in high-speed cutting, establish the generalized predictable model of cutting force with multiple structure modes considered. We plan to propose the new calculation and stability prediction methods for nonlinear time-delay differential equation, in order to improve the prediction accuracy of stability in high-speed cutting. We try to propose the optimization method of technical parameters with stability and precision constraints for blade cutting, then the chatter suppression and material removal rate promotion and precision improvement can be achieved by cutting parameter adjustment or cutter modification.
在传统的金属切削参数稳定性研究中,过程阻尼被认为是低速切削过程的独有现象,在高速过程中通常被忽略掉。这种将过程阻尼简单考虑成反比于切削速度修正项的假设常常导致高速切削过程稳定性判别失准的问题,无法解释高速切削实验稳定边界远高于理论结果的现象,从而造成加工参数选择的盲目和保守,难以充分发挥机床的高速切削性能。针对该问题,本项目围绕叶片加工,开展高速切削过程阻尼机理和非线性动力学研究,探索刀具-工件交互作用下工艺参数、加工表面形貌和系统结构模态间的耦合关系,揭示高速切削力的内在形成机制和过程阻尼的产生机理;建立工艺系统结构多频耦合作用下的通用切削力可预测模型和动力学模型,提出非线性时滞动力学响应计算和稳定性分析方法,提升中、高速切削稳定域的判别精度;提出基于稳定性和精度约束的叶片工艺参数优化方法,实现叶片高速切削过程的振动抑制和材料去除率、成型表面精度的提升。

结项摘要

在传统的金属切削参数稳定性研究中,过程阻尼被认为是低速切削过程的独有现象,在高速过程中通常被忽略掉。这种将过程阻尼简单考虑成反比于切削速度修正项的假设常常导致高速切削过程稳定性判别失准的问题,无法解释高速切削实验稳定边界远高于理论结果的现象,从而造成加工参数选择的盲目和保守,难以充分发挥机床的高速切削性能。针对叶片等零件高速切削过程稳定性预测与实际相差较大的问题,从理论上研究了高阶模态对铣削工艺系统的稳定性的影响。在原有经典的的后刀面压入模型的基础上考虑了高阶模态对表面产生的影响,对Hertz提出的不规则表面的接触力模型进行了改进,使其更贴合铣削工艺系统的实际工况。并在在小幅值振动的假设下建立了一种基于Hertz理论的过程阻尼模型。该模型与切削参数,刀具几何参数,振动频率与幅值,工件材料的力学性能有关。避免了在辨识压入力系数Ksp时的昂贵且繁琐的实验和不准确的辨识过程。根据改进的模型,建立了带有周期系数的迟滞微分方程,采用了改进的数值积分法来预测系统的稳定域。针对现有铣削稳定性预测算法计算精度和效率低的问题,提出了一种高效高精的稳定性谱分析预测算法,该算法的计算精度和效率相对其它算法而已目前最优。且算法既能在恒定主轴转速铣削工况中进行分析,也能拓展到具有任意波形的时变主轴转速铣削工况中进行分析。开发了基于考虑过程阻尼的高速切削稳定性计算和参数优选软件模块,完成了典型叶片高速切削实验研究,并多次用于指导实际不同叶片(如大型空心风扇叶片等)生产过程中的切削提效。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
基于GRA-RSM的橡胶软模端面磨削表面粗糙度预测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    时强胜;张小俭;陈巍;杨泽源;严思杰
  • 通讯作者:
    严思杰
Precise Estimation of Cutting Force Coefficients and Cutter Runout in Milling using Differential Evolution Algorithm
使用差分进化算法精确估计铣削中的切削力系数和刀具跳动
  • DOI:
    10.1016/j.procir.2018.09.016
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Procedia CIRP
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ding Chen;Xiaojian Zhang;Yakun Xie;Han Ding
  • 通讯作者:
    Han Ding
A novel Chebyshev-Gauss pseudospectral method for accurate milling stability prediction
一种用于精确预测铣削稳定性的新型切比雪夫-高斯伪谱方法
  • DOI:
    10.1007/s00170-021-07713-z
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    International Journal of Advanced Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Chen Ding;Zhang XiaoJian;Ding Han
  • 通讯作者:
    Ding Han
激光加热辅助车削淬硬钢的白层形成临界切削速度预测与实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢兴杰;张小俭
  • 通讯作者:
    张小俭
Development of a novel online chatter monitoring system for flexible milling process
开发用于灵活铣削工艺的新型在线颤振监测系统
  • DOI:
    10.1016/j.ymssp.2021.107799
  • 发表时间:
    2021-04-13
  • 期刊:
    MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Chen, Ding;Zhang, Xiaojian;Ding, Han
  • 通讯作者:
    Ding, Han

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其他文献

A synthetical stability method for cutting parameter optimization to assure surface location accuracy in flexible part milling
一种用于切削参数优化的综合稳定性方法,以确保柔性零件铣削中的表面位置精度
  • DOI:
    10.1007/s00170-014-6151-6
  • 发表时间:
    2014-08
  • 期刊:
    The International Journal of Advanced Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张小俭;熊蔡华;丁烨;丁汉
  • 通讯作者:
    丁汉

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大型风洞构件机器人铣削振动机理与在线抑制方法研究
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    面上项目
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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