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题目：

[摘要]: 在近代工业发展历程中，车床一直是生产动力的基础。它的动态响应特性反映这

关键词：车床主轴 切削参数 刀具几何参数 不锈钢材料 主轴刚度

1. 前言

车床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴，它的动态响应会影响加工的精确度和灵敏度。车床主轴则是车床的核心零部件，它的性能对车床的加工能力产生最为直接的影响。早在上世纪年代，研究者就开始了对主轴动态特性的研究。近年来随着计算机技术的发展，对主轴动态特性的研究方法有了多种创新，各种基于计算机技术的新型计算方法得到广泛运用，如有限元法、传递函数法、有限差分法等。随着现代制造业向着高效、高精度和高度自动化的方向发展，这也对机床设备提出了更高的要求，并且对比国外发达国家的高档机床，我国机床水平还有着非常明显的差距。因此，为了摆脱对国外高档机床的依赖，并满足我国制造业的发展需求，急需提高我国机床的整体性能^【1】。因此本课题使用simulink对车削过程中的切削力、切削参数、材料参数与机床主轴振动间的关系进行分析与仿真，通过对相关参数的选取建立动态模型进行分析，改善车床主轴的振动特性来提高整体性能。

1. 国内外研究概况

本课题是探讨车床主轴的动态响应，所以先了解车床主轴的研究状况及其相关参数，才能建立最适合的动态响应模型。

在国外，对车床主轴的研究开始于1964年，Bollinger采用弹簧和阻尼器模拟机床主轴轴承支承，应用有限差分法分析了机床主轴的性能。1985年，Reddy等为明确机床主轴动态设计关键技术，应用有限元方法，研究机床主轴的动态性能。1988年，Sadeghipor等应用动态柔性分析法，对机床主轴系统零部件的动态特性及其设计方法进行了研究。而在国内，研究起步比较晚，广州工业大学李劫科，采用有限元分析法，对高速大功率静压轴承-主轴系统进行动静态特性研究，并进行实验验证。国防科技大学王建敏等，采用模态分析法对高速高精密主轴进行研究，并提出一种针对径向误差进行分离的新型研究方法。天津大学许毅，以气浮动压轴承-主轴系统为研究对象，对其动静态特性进行研究，并得到气动静压轴承动静态特性的设计规律。重庆大学张良，将模态分析法与有限元分析法结合，对高性能数控机床主轴系统进行了性能研究【】。

2.1切削参数

切削参数一般指切削层参数，包括切削的宽度、厚度和面积。切削加工系统的振动对加工质量和加工精度有着很大的影响，机床结构的非线性是机床发生振动的原因之一,而机床各结构结合面的非线性特性是机床结构非线性的主要来源。有研究表明机床总刚度的60%~80%是来源于结合面的刚度,90%的阻尼来源于结合面^【2】。因此，研究结合面的动态特性参数可为切削加工系统的振动研究和切削加工质量及加工精度的提高提供理论基础。

国内外学者针对表面残余应力做了大量研究.孙雅洲等建立了航空铝合金材料A12A12的三维有限元切削模型,探究了不同切削参数、刀具几何参数以及二次切削加工对工件表面残余应力的影响规律,并通过实验研究验证了有限元模型的可靠性.吴红兵等建立了钛合金TiAl4V的三维斜角切削有限元模型,探究了不同切削速度和不同切削深度下残余应力的分布规律,结果表明切削速度对工件表面残余应力影响较大,切削深度对残余应力影响较小。用有限元法探究了金刚石刀具几何参数对工件残余应力的影响,结果表明刀具刃口钝圆半径对残余应力的影响最大。研究了刃口钝圆半径对残余应力的影响,结果表明随着刃口钝圆半径的增大,残余拉应力和残余压应力都增大,且应力层厚度增大。利用人工神经网络建立了表面残余应力大小和应力层深度的预测模型,以及根据所给残余应力分布条件对最优切削条件的预测模型。利用田口方法分析了切削参数对加工表面残余应力的影响,获得了能改善工件所受应力条件的最优切削参数组合。利用人工神经网络和遗传算法相结合的方法对切削参数进行了优化,获得了使表面残余拉应力达到最小的最优切削参数组合,改善了工件表面质量【】。

2.2刀具几何参数