1、硬态旋铣动力学模型研究现状

大型螺纹硬态旋风铣削过程中，切削力的周期性变幅值特点将对“ 机床-刀具-工件”系统产生时变断续冲击，跟刀架随动抱紧、多点中部的浮动支撑、卡盘-顶尖定位装夹等装置，将直接导致变周期性断续冲击及多点动态支撑约束[2]。准确动力学模型的建立，关键在于“机床-刀具-工件”系统的合理简化、切削力的准确描述以及边界约束条件的合理假设。

目前，国内外学者对细长轴类零件动力学研究的普遍做法是将其简化为移动载荷作用下的旋转梁，主要有Rayleigh梁、Timoshenko梁和Euler-Bernoulli梁等，移动切削力通常假设为沿进给方向移动的函数关系式。C.C. Cheng[4]考虑到剪切变形影响，建立了高速移动力作用下的旋转梁动力学模型，分析了系统固有频率和振动位移响应，研究了加载力的移动速度、跨度个数、刚度以及旋转速度对动态响应的影响[6]。Huang[7]将车削系统工件简化为Rayleigh梁，用Fourier级数描述车削过程中由刀具引起的周期性变化切削力，结果表明双切削力系统不但可以减少加工时间，还可以降低最大振幅。

上述所有研究对硬态旋风铣削动力学模型的分析提供了良好的理论基础，然而通过分析不难发现，研究对象大多基于车削或者普通铣削，很少有涉及硬旋铣研究。另外，在模型分析方面，前期的分析大多基于某个切削点处振动响应或者约束状态发生突变的关键点，而实际加工过程中关注的是全长的动态响应情况，从全局的角度分析系统振动响应，从而提出优化措施或者抑振措施。基于上述分析可知，有必要以八米大型螺纹硬态旋风铣床为研究对象，结合时变断续激励和多点动态约束的特殊性，对“机床-刀具-工件”系统及切削力进行正确合理的简化，建立三维移动力作用下系统动力学模型，分析丝杠加工全长过程中的振动响应特性，为下面的切削稳定性分析提供准确的系统动力学模型[9]。

2、切削稳定性国内外研究现状及发展趋势

机床切削系统是由承受切削力的变动而产生振动位移的机床结构和由于刀具与工件之间的振动位移而产生交变切削力的切削过程组成的[10]。然而现在所建立的模型主要是专用型切削力模型和再生型切削颤振模型，通用型模型较少，大多数集中于车削和铣削中[11]。众所周知，影响高速加工稳定性的主要原因就是加工振动，而振动中最难解决的就是自激振动[12]。根据自激颤振形成的原因，可分为再生型颤振、耦合型颤振和摩擦型颤振模型，其中再生型颤振在实际切削过程中最普遍，对高速切削加工的影响最大[13]。

关于自激颤振机理及其切削稳定性的研究，国外学者早在20世纪中期就开始了，并取得了很多研究成果[12]。匈牙利的T. Insperger[14]建立了单自由度动力学模型；加拿大的Y.Altintas[15]等建立了可描述不同形状螺旋立铣刀和可转位铣刀的力学和动力学通用模型，用时变的铣削力系数的傅立叶级数展开给出了用于铣削稳定性解析预测铣削过程的动力学模型及其一般数学表达式；SMITH 等[16]提出了时域仿真的方法构建铣削颤振过程的稳定性 Lobe 图。SCHMITZ[17]、 AHMADI 等[18]利用子结构法预测高速加工中心的动态特性及切削稳定性。随着研究的深入，学者们开始对切削稳定性的影响因素展开探索，主要围绕着刀具长度、刀具类型以及主轴速度等方面[25]。TLUSTY[19]讨论了主轴配有长端铣刀的常规模态，以及端铣刀长度的变化在不同转速下对切削稳定性的影响。SMITH等[20]分别针对细长立铣刀的高速铣削稳定性，低径向切深铣削的稳定性，以及内圆高速铣削振动对工件质量的动态影响等问题进行了研究。