工藝系統(tǒng)振動(dòng)對(duì)高速切削刀具破損的影響機(jī)理研究.pdf

1、在機(jī)械加工過(guò)程中，往往會(huì)伴隨著振動(dòng)的發(fā)生，嚴(yán)重制約切削效率和零件的加工精度，縮減機(jī)床的使用壽命，造成刀具破損等一系列后果。同時(shí)，加工過(guò)程產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)使切削力的大小和方向發(fā)生突然改變，從而引起刀具應(yīng)力場(chǎng)改變，以及使刀具應(yīng)力場(chǎng)反復(fù)變化。因此研究工藝系統(tǒng)振動(dòng)對(duì)刀具影響的機(jī)理具有重要的科研價(jià)值，并為抗破損銑刀的設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)。
　　首先，對(duì)硬質(zhì)合金整體立銑刀建立三維幾何模型，對(duì)其進(jìn)行工況下的有限元模態(tài)分析，得出其固有頻率以及其振型

2、;同時(shí)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，通過(guò)錘擊法測(cè)出工況下其固有頻率;將兩者進(jìn)行分析比較，其結(jié)果相吻合。
　　其次，設(shè)計(jì)了測(cè)量工藝系統(tǒng)振動(dòng)的正交實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)刀具的振動(dòng)信號(hào)以及切削力信號(hào)進(jìn)行同步采集。在采集過(guò)程中刀具的X，Y軸的信號(hào)利用電渦流位移傳感器進(jìn)行采集;Z軸采用壓電式加速度傳感器在主軸上進(jìn)行采集。然后，對(duì)Z軸信號(hào)采用頻域積分，使X、Y、Z三個(gè)軸采集到數(shù)據(jù)都為位移量。對(duì)采集信號(hào)頻譜分析，與刀具工況下的固有頻率分析對(duì)比，確認(rèn)此過(guò)程沒(méi)有共振發(fā)

3、生，在后續(xù)分析中可以忽略共振對(duì)刀具的影響。同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用極差分析法，得到各切削參數(shù)對(duì)刀具振動(dòng)的影響規(guī)律。并且設(shè)計(jì)切削方式的單因素實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，逆銑方式的切削振動(dòng)要高于順銑。
　　再次，為了探究振動(dòng)對(duì)刀具應(yīng)力場(chǎng)的影響機(jī)理，首先進(jìn)行了只加載切削力的靜力學(xué)分析，獲得了切削力作用下的立銑刀應(yīng)力場(chǎng);然后由于受到有限元軟件系統(tǒng)無(wú)法同時(shí)加載位移載荷和力載荷的限制，因此在進(jìn)行靜力學(xué)分析時(shí)只將振動(dòng)位移信號(hào)加載到受力面上進(jìn)行分析，通過(guò)后處理得到

4、其反作用力，再將得到反作用力與切削力進(jìn)行疊加，加載分析，得到在此振動(dòng)情況下刀具應(yīng)力場(chǎng)的分布，與單獨(dú)加載切削力產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)會(huì)有一定的變化。為了便于對(duì)比分析，將振動(dòng)數(shù)據(jù)取反再進(jìn)行一次上述靜力學(xué)分析，得到三組分析結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比。同時(shí)采用上述過(guò)程進(jìn)行了三個(gè)載荷步的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。綜合對(duì)比上述兩類(lèi)分析的結(jié)果可知振動(dòng)會(huì)使刀具應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生瞬時(shí)轉(zhuǎn)變，刀具應(yīng)力場(chǎng)在不斷惡化，同時(shí)受交變應(yīng)力作用，最終導(dǎo)致刀具破損。
　　最后，通過(guò)上述有限元分析已知力方向