目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 传统加工动力学研究 1
1.2 加工过程不确定性问题的影响 2
1.3 机器人铣削加工 3
1.4 骨材料加工 4
参考文献 5
第2章 切削加工过程中的颤振分析方法 6
2.1 车削加工中的再生颤振 6
2.1.1 外圆车削加工动力学模型 6
2.1.2 端面车削加工动力学模型 7
2.1.3 车削加工稳定性叶瓣图 8
2.2 车削颤振时域仿真 11
2.2.1 欧拉法时域仿真 11
2.2.2 车削颤振仿真算例 12
2.2.3 四阶龙格-库塔法时域仿真 19
2.3 铣削加工再生颤振预测方法 20
2.3.1 平均刀齿角法 21
2.3.2 零阶近似法 23
2.3.3 半离散法 29
2.3.4 全离散法 32
2.4 四种颤振预测方法对比 34
2.5 铣削加工系统的薄弱环节 37
2.6 本章小结 37
参考文献 38
第3章 机器人铣削加工模态耦合颤振 39
3.1 机器人铣削加工模态耦合颤振机理 40
3.1.1 机器人铣削加工动力学建模 40
3.1.2 机器人铣削加工稳定性判据 41
3.2 切削力分析 41
3.3 机器人铣削加工刚度定向过程 42
3.3.1 模态分析 43
3.3.2 机器人的正向运动学建模 43
3.3.3 工具坐标系 45
3.3.4 机器人刚度坐标系 46
3.3.5 刚度映射过程 47
3.4 基于刚度定向的机器人铣削加工无颤振路径优化方法 48
3.5 机器人铣削加工颤振稳定性分析案例 49
3.5.1 机器人模态测试 49
3.5.2 模态耦合颤振稳定性分析 51
3.5.3 机器人半槽铣与全槽铣实验 52
3.6 机器人铣削加工参数对颤振稳定性影响分析 56
3.6.1 切削参数对模态耦合颤振的影响 56
3.6.2 刀具悬长对模态耦合颤振的影响 61
3.6.3 顺逆铣对模态耦合颤振的影响 63
3.6.4 切削材料对模态耦合颤振的影响 64
3.7 本章小结 65
参考文献 66
第4章 车削颤振可靠性 67
4.1 车削动力学模型 67
4.1.1 外圆车削力学模型 67
4.1.2 稳定性分析回顾 68
4.2 车削颤振系统可靠性建模 70
4.2.1 使用m、c、k和Ω进行可靠性建模 70
4.2.2 使用m、c、k和ωc进行可靠性建模 71
4.3 改进一次二阶矩法求解模型 71
4.3.1 颤振频率参数分布估计 72
4.3.2 改进一次二阶矩法求解车削加工系统可靠性 72
4.4 四阶矩法求解可靠性 74
4.5 案例分析 76
4.5.1 车削实验的数据采集与分析 76
4.5.2 车削过程中颤振频率的分布 78
4.5.3 蒙特卡罗法求解车削加工系统的可靠度 79
4.5.4 一次二阶矩法求解车削加工系统的可靠度 79
4.5.5 可靠性叶瓣图 81
4.5.6 实验验证 82
4.6 车削颤振灵敏度 84
4.6.1 蒙特卡罗法求车削加工系统灵敏度 84
4.6.2 灵敏梯度和灵敏度因子 88
4.6.3 车削加工系统灵敏度求解算例 88
4.7 本章小结 89
参考文献 90
第5章 颤振时变稳定性预测分析方法 91
5.1 刀具磨损与切削力系数的时变特征分析 91
5.2 颤振时变稳定性分析和时变可靠性建模与计算 92
5.2.1 基于频域零阶近似法的颤振时变稳定性分析 92
5.2.2 基于频域零阶近似法的颤振时变可靠性建模与计算 93
5.2.3 给定切削深度、主轴转速的极限切削深度和颤振可靠性曲线 94
5.3 算例分析 94
5.3.1 拟合Gamma过程参数 94
5.3.2 铣削颤振时变稳定性 95
5.3.3 给定主轴转速和切削深度下的颤振时变可靠度 96
5.3.4 频域零阶近似法与颤振时变稳定性预测的对比分析 99
5.3.5 实验值与预测结果对比 100
5.4 本章小结 101
参考文献 101
第6章 颤振检测方法 102
6.1 颤振测试系统要求 102
6.1.1 数据采集环节与硬件选型 102
6.1.2 颤振测试传感器的选取与放置 102
6.1.3 测试参数设置 104
6.2 颤振测试中常用的信号分析方法 104
6.2.1 自谱分析 104
6.2.2 小波变换 106
6.2.3 希尔伯特-黄变换方法 106
6.3 基于时频熵和频次比的HHT颤振检测方法 108
6.3.1 信息熵和占空比 109
6.3.2 时频熵 110
6.3.3 频次比 112
6.4 仿真信号分析 113
6.5 基于车床CJ0625的颤振检测结果研究 116
6.5.1 正交切削实验台搭建 116
6.5.2 基于时频熵的颤振检测结果 117
6.5.3 基于频次比的颤振检测结果 118
6.6 基于ETC数控机床的实验结果验证 119
6.6.1 ETC实验台搭建 119
6.6.2 ETC数控机床数据分析 120
6.7 本章小结 124
参考文献 124
第7章 车削颤振稳定性分析预测软件系统 125
7.1 车削颤振稳定性分析预测软件系统的主要功能 125
7.1.1 振动信号采集功能 125
7.1.2 数据分析功能 126
7.2 车削颤振稳定性分析预测软件系统的设计思路 127
7.3 车削颤振稳定性分析预测软件系统设计及实现方法 127
7.3.1 车削颤振稳定性分析预测软件系统的整体结构 128
7.3.2 车削颤振稳定性分析预测软件系统采集模块 129
7.3.3 车削颤振稳定性分析预测软件系统分析模块 144
7.4 车削颤振稳定性分析预测软件系统的测试 160
7.4.1 采集模块测试结果 160
7.4.2 分析模块测试结果 161
7.5 车削颤振稳定性分析预测软件系统的实验验证 162
7.6 本章小结 165
参考文献 165
第8章 铣削加工动力学仿真 166
8.1 铣削过程描述 166
8.2 铣削三维建模 167
8.2.1 刀具几何模型 167
8.2.2 Al6061材料的本构模型 168
8.2.3 网格划分 169
8.2.4 分离准则 170
8.2.5 摩擦模型与接触问题处理 171
8.2.6 传热边界条件 172
8.3 仿真关键参数分析 173
8.3.1 网格重划分预设值分析 173
8.3.2 摩擦因数的设定 177
8.4 尺寸效应分析 177
8.4.1 尺寸效应的现象 177
8.4.2 材料Al6061的小切削厚度判定 178
8.4.3 刀刃半径对切削力的影响 179
8.4.4 刀刃半径对切屑的影响 181
8.5 本章小结 183
参考文献 183
第9章 骨科手术机器人及骨材料切削技术 184
9.1 机器人骨科手术 184
9.1.1 骨科手术机器人系统 184
9.1.2 截骨过程 185
9.2 密质骨加工中受力的各向差异性188
9.2.1 骨组织的微观结构 188
9.2.2 密质骨正交切削力的差异性 189
9.2.3 密质骨铣削力的差异性 190
9.3 密质骨铣削温度预测方法 192
9.3.1 铣削恒功率热源 193
9.3.2 刀尖温度分布 193
9.3.3 骨表面温度分布 194
9.4 本章小结 196
参考文献 197
附录 199