建立圓柱形銑刀銑削加工動(dòng)態(tài)切削數(shù)學(xué)模型,采用一種解析法計(jì)算并繪制穩(wěn)定域圖,獲取加工穩(wěn)定性隨工藝參數(shù)變化的規(guī)律。分析系統(tǒng)參數(shù)對(duì)銑削加工顫振穩(wěn)定特性的影響,提高固有頻率、增大系統(tǒng)剛度和阻尼有助于提高系統(tǒng)加工穩(wěn)定性。基于動(dòng)態(tài)變化的穩(wěn)定域圖及共振功率半頻帶頻率,提出一種銑削穩(wěn)定性約束下銑削參數(shù)優(yōu)化模型,獲取最大加工效率下的主軸轉(zhuǎn)速、徑向進(jìn)給量及軸向進(jìn)給量參數(shù)的最優(yōu)值。開發(fā)銑削穩(wěn)定性分析仿真軟件,實(shí)現(xiàn)銑削顫振穩(wěn)定域分析、共振區(qū)域分析、銑削參數(shù)優(yōu)化等功能。將復(fù)雜設(shè)計(jì)分析過程工程實(shí)用化,具有工程應(yīng)用價(jià)值。該方法同樣可推廣到磨削、車削的顫振分析。 

【文章來(lái)源】：機(jī)床與液壓. 2020年10期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

銑削加工二自由度振動(dòng)系統(tǒng)

根據(jù)已推導(dǎo)的軸向臨界銑削深度及主軸轉(zhuǎn)速表達(dá)式(6)(7),采用解析法繪銑削穩(wěn)定性極限葉瓣曲線圖,橫坐標(biāo)為銑削主軸轉(zhuǎn)速,縱坐標(biāo)為銑削軸向切削深度,該圖也稱為穩(wěn)定域圖。程序計(jì)算過程如圖2所示,如第1.1節(jié)中所述,軸向臨界銑削深度aplim、主軸轉(zhuǎn)速n的計(jì)算涉及求式(5)的特征值Λ,與頻響函數(shù)Φ(iωc)有關(guān),均為參變量λ的函數(shù)。顫振頻率不僅對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)主頻率,且在主頻率的1～2倍范圍內(nèi)均有發(fā)生的趨勢(shì),因此λ的取值變化范圍為:1<λ<2,即顫振頻率ωc取值范圍為(1～2)ωn。根據(jù)系統(tǒng)工藝參數(shù),求解出Λ的實(shí)部及虛實(shí)部比值,由此計(jì)算軸向臨界銑削深度,并計(jì)算當(dāng)b取值為0、1、2、3、......時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速。最后根據(jù)臨界銑削深度及主軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系,繪制穩(wěn)定性極限葉瓣曲線。將該方法應(yīng)用于某數(shù)控銑床,取主軸最高轉(zhuǎn)速10 000 r/min;刀具直徑?20 mm,刀齒數(shù)為2;工件材料20鋼,其銑削力系數(shù)Ktc=1 977.3 N/mm2,Krc=760 N/mm2;系統(tǒng)X方向,固有頻率ωnx=600 rad/s,阻尼比ξx=0.02,剛度kx=10 000 N/mm;Y方向,固有頻率ωny=600 rad/s,阻尼比ξy=0.02,剛度ky=8 000 N/mm;加工方式為槽銑加工。繪制穩(wěn)定性極限葉瓣曲線,如圖3所示。葉瓣從右到左排列,分別對(duì)應(yīng)b=0、1、2、3時(shí)的穩(wěn)定性極限曲線(后續(xù)圖中b含義一致)。曲線的上側(cè)是銑削顫振區(qū)域,曲線的下側(cè)是穩(wěn)定銑削區(qū)域。水平的直線是穩(wěn)定銑削的臨界軸向銑削深度,水平直線的下側(cè)為銑削絕對(duì)穩(wěn)定區(qū)。穩(wěn)定銑削臨界軸向切深上側(cè)、葉瓣曲線下側(cè)三角區(qū)域?yàn)殂娤鞯南鄬?duì)穩(wěn)定區(qū)。

將該方法應(yīng)用于某數(shù)控銑床,取主軸最高轉(zhuǎn)速10 000 r/min;刀具直徑?20 mm,刀齒數(shù)為2;工件材料20鋼,其銑削力系數(shù)Ktc=1 977.3 N/mm2,Krc=760 N/mm2;系統(tǒng)X方向,固有頻率ωnx=600 rad/s,阻尼比ξx=0.02,剛度kx=10 000 N/mm;Y方向,固有頻率ωny=600 rad/s,阻尼比ξy=0.02,剛度ky=8 000 N/mm;加工方式為槽銑加工。繪制穩(wěn)定性極限葉瓣曲線,如圖3所示。葉瓣從右到左排列,分別對(duì)應(yīng)b=0、1、2、3時(shí)的穩(wěn)定性極限曲線(后續(xù)圖中b含義一致)。曲線的上側(cè)是銑削顫振區(qū)域,曲線的下側(cè)是穩(wěn)定銑削區(qū)域。水平的直線是穩(wěn)定銑削的臨界軸向銑削深度,水平直線的下側(cè)為銑削絕對(duì)穩(wěn)定區(qū)。穩(wěn)定銑削臨界軸向切深上側(cè)、葉瓣曲線下側(cè)三角區(qū)域?yàn)殂娤鞯南鄬?duì)穩(wěn)定區(qū)。通常,機(jī)床的軸向臨界銑削深度較低,在絕對(duì)穩(wěn)定區(qū)選取銑削加工參數(shù)進(jìn)行加工不會(huì)產(chǎn)生顫振,但其加工效率會(huì)明顯降低。從圖3中可以看出,各葉瓣的峰谷比值很大,能達(dá)到幾十倍以上,銑削參數(shù)在相對(duì)穩(wěn)定區(qū)取值的空間很大�？梢赃x擇既能使銑削加工不發(fā)生顫振,又能充分發(fā)揮機(jī)床-刀具特性的工藝參數(shù),在相對(duì)穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行加工會(huì)大大提高工作效率,但應(yīng)深入研究穩(wěn)定性極限的影響因素,確保穩(wěn)定域的有效性。

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