銑削系統(tǒng)動力學(xué)預(yù)測和穩(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]。在高速銑削過程中，由于加工過程的周期性，切削力的周期性變化會引起工件與刀具間的振動，如果振動產(chǎn)生在系統(tǒng)固有頻率的附近就會發(fā)生顫振。顫振發(fā)生時，工件與刀具間的振動振幅有時會超過切削厚度，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)生會大大降低工件的表面加工質(zhì)量，并使刀具受到嚴重磨損，在機床高

2、速運作時甚至?xí)?dǎo)致嚴重的安全事故。隨著制造業(yè)中對工件表面加工質(zhì)量和高速加工安全性要求的不斷提高，人們開始越來越重視對機床顫振和加工不穩(wěn)定現(xiàn)象的研究。 本文對銑削加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了分析，獲得了加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性圖，運用預(yù)測的穩(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)動力學(xué)模型。本文建立了被廣泛采用的銑削振動模型，對機床加工系統(tǒng)進行了

3、錘擊模態(tài)試驗，并用試驗數(shù)據(jù)驗證了該模型的正確性和有效性。在上述振動模型的基礎(chǔ)上，用Simulink建立了該動態(tài)特性模型的仿真系統(tǒng)。 本文建立的加工動力學(xué)模型的可靠性不僅取決于切削力模型的精確度，還依賴于對銑削系統(tǒng)傳遞函數(shù)的精確估計。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法來高效準確地獲得不同主軸系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，用RCSA法預(yù)測的傳遞函數(shù)與試驗獲得數(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加工系統(tǒng)模型進行穩(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，由于在對銑削系統(tǒng)動力學(xué)模型進行零階半離散化時的誤差級數(shù)較大，往往需要進行多步長的運算才能獲得比較精確的穩(wěn)定性分析結(jié)果。本文通過引入Magnus-Gaussian截斷法，推導(dǎo)出了基于Magnus-Gaussian截斷的零階半離散穩(wěn)定性分析法。用該方法對高速銑加工進行了切削穩(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