銑削系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)和穩(wěn)定性分析.pdf

1、高速銑削加工有效地降低了切削力、改善了加工表面粗糙度，是提高生產(chǎn)效率、提升加工質(zhì)量的有效措施[1]。在高速銑削過(guò)程中，由于加工過(guò)程的周期性，切削力的周期性變化會(huì)引起工件與刀具間的振動(dòng)，如果振動(dòng)產(chǎn)生在系統(tǒng)固有頻率的附近就會(huì)發(fā)生顫振。顫振發(fā)生時(shí)，工件與刀具間的振動(dòng)振幅有時(shí)會(huì)超過(guò)切削厚度，導(dǎo)致切屑不連續(xù)，并在工件表面留下顫振痕跡，這種現(xiàn)象叫做加工不穩(wěn)定現(xiàn)象[2]。加工不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)大大降低工件的表面加工質(zhì)量，并使刀具受到嚴(yán)重磨損，在機(jī)床高

2、速運(yùn)作時(shí)甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。隨著制造業(yè)中對(duì)工件表面加工質(zhì)量和高速加工安全性要求的不斷提高，人們開(kāi)始越來(lái)越重視對(duì)機(jī)床顫振和加工不穩(wěn)定現(xiàn)象的研究。 本文對(duì)銑削加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，獲得了加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性圖，運(yùn)用預(yù)測(cè)的穩(wěn)定性圖，選擇合理的銑削操作參數(shù)，能夠避免加工不穩(wěn)地現(xiàn)象，獲得高質(zhì)量的加工結(jié)果。 為了進(jìn)行銑削系統(tǒng)加工穩(wěn)定性分析，首先需要獲得加工系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。本文建立了被廣泛采用的銑削振動(dòng)模型，對(duì)機(jī)床加工系統(tǒng)進(jìn)行了

3、錘擊模態(tài)試驗(yàn)，并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該模型的正確性和有效性。在上述振動(dòng)模型的基礎(chǔ)上，用Simulink建立了該動(dòng)態(tài)特性模型的仿真系統(tǒng)。 本文建立的加工動(dòng)力學(xué)模型的可靠性不僅取決于切削力模型的精確度，還依賴(lài)于對(duì)銑削系統(tǒng)傳遞函數(shù)的精確估計(jì)。為了提高傳遞函數(shù)獲得的效率和精度，本文介紹了一種RCSA法來(lái)高效準(zhǔn)確地獲得不同主軸系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，用RCSA法預(yù)測(cè)的傳遞函數(shù)與試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)基本吻合。 為了獲得加工系統(tǒng)的合理加工參數(shù)范圍及穩(wěn)定性圖

4、，人們通常采用半離散法對(duì)加工系統(tǒng)模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析。以往采用的傳統(tǒng)半離散法作為一種有效的半解析穩(wěn)定性分析法，由于在對(duì)銑削系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行零階半離散化時(shí)的誤差級(jí)數(shù)較大，往往需要進(jìn)行多步長(zhǎng)的運(yùn)算才能獲得比較精確的穩(wěn)定性分析結(jié)果。本文通過(guò)引入Magnus-Gaussian截?cái)喾?，推?dǎo)出了基于Magnus-Gaussian截?cái)嗟牧汶A半離散穩(wěn)定性分析法。用該方法對(duì)高速銑加工進(jìn)行了切削穩(wěn)定性分析，并獲得了各種工況下的銑床穩(wěn)定性圖。穩(wěn)定性分析結(jié)果表