答辩博士：侯军明
指导教师：傅玉灿 教授
论文题目：钛合金空心风扇叶片车铣加工稳定性分析与控制研究
答辩委员会：
主席：康 敏 教授 南京农业大学
委员：谭业发 教授 陆军工程大学
曲宁松 教授 南京航空航天大学
李 亮 教授 南京航空航天大学
陈 燕 教授 南京航空航天大学
丁文锋 教授 南京航空航天大学
傅玉灿 教授 南京航空航天大学
秘书：张全利 副教授 南京航空航天大学
时间： 2021年10月16日8:30
地点： 南航明故宫校区15号楼341会议室
学位论文简介：
针对钛合金空心风扇叶片进排气边区域加工稳定性较差，在车铣加工过程中易发生加工颤振问题，开展了钛合金空心风扇叶片车铣加工稳定性的研究，分别研究了主动和被动控制的加工稳定性控制方法，实现了钛合金空心风扇叶片进排气边区域加工稳定性的控制。主要研究工作及取得的创造性成果包括：
论文完成的主要工作及取得的成果如下：
（1）面向钛合金多轴加工刀具倾斜时切削力方向和大小预测困难的问题，制定了考虑刀具倾斜角度的切削厚度求解方案，提出了考虑刀具倾斜角度的多轴加工球头铣刀切削力预测方法，研究了钛合金空心风扇叶片车铣加工的多自由度系统的动力学模型。结果表明，前倾越小其加工切削力峰值降低，侧倾角为45°时，其加工表面的法向切削力数值最小，解决了加工中刀具倾斜角度选择问题。建立了叶片加工系统的两自由度动力学模型，理论上分析了材料去除和预应力对系统固有频率和阻尼比的影响。
（2）建立了钛合金空心风扇叶片模态仿真的有限元模型，制定了自由状态和夹持状态下空心和实心叶片的模态对比方案，开展了预应力和材料去除对叶片加工系统模态的影响分析，并对预测结果进行了试验验证。结果表明，空心瓦楞结构的自由状态空心叶片与实心叶片固有频率误差为11.9%，夹持状态下叶片叶尖位置夹持距离越大，固有频率越高，当夹持距离最大为200mm时，其一阶固有频率提升为60.5Hz。施加拉应力能够提升系统固有频率，将一阶固有频率从60.5Hz提升至194Hz。
（3）开展了材料去除及施加预应力两者综合作用对钛合金空心风扇叶片加工稳定性的影响分析，形成了施加多点辅助刚性/液压阻尼支撑来提高钛合金空心叶片系统稳定性的策略，提出了通过磁性和摩擦综合作用主动阻尼器来抑制加工振动的方法，并对结果进行了试验验证。结果表明，考虑拉应力和余量去除的耦合效应，叶片加工的临界切削深度可以从0.44mm增加到1.52mm。多点优化阻尼支撑可以提高系统稳定性，加工时声音信号的幅值降低至未施加支撑时的40％。施加磁性摩擦阻尼器后，加工区域的加速度响应幅值从727mm/s2降低为161mm/s2。
（4）以材料去除率和加工振动幅值为目标函数，建立了以切削参数为自变量的多目标加工工艺参数优化模型，开展了叶片切削加工试验验证，分析了叶片加工表面的粗糙度和轮廓度。结果表明，多目标加工工艺参数优化能够有效的提高加工效率并抑制颤振，优化后切削工艺条件下的材料去除率为600mm3/min。叶片的表面粗糙度为Ra1.19μm ，轮廓偏差值约为0.0016mm。
主要创新点如下：
（1）提出了自由和夹持约束状态的钛合金空心风扇叶片模态有限元预测方法，揭示了夹持策略对叶片加工系统模态的影响规律，解决了钛合金空心风扇叶片夹具设计中夹持位置和夹持力大小难以确定的问题。
（2）提出了考虑材料去除和预应力综合作用的钛合金空心风扇叶片加工系统模态分析和稳定性控制方法，解决了钛合金空心风扇叶片加工稳定性预测精度低和加工颤振难以控制的问题。
（3）提出了基于磁性摩擦阻尼器的加工振动抑制以及多目标加工工艺参数优化方法，显著抑制了钛合金空心风扇叶片加工颤振，解决了加工质量差和效率低的问题。
