铣削加工颤振稳定域影响参数研究及优化
发布时间：2020-12-29 08:12
建立圆柱形铣刀铣削加工动态切削数学模型,采用一种解析法计算并绘制稳定域图,获取加工稳定性随工艺参数变化的规律。分析系统参数对铣削加工颤振稳定特性的影响,提高固有频率、增大系统刚度和阻尼有助于提高系统加工稳定性。基于动态变化的稳定域图及共振功率半频带频率,提出一种铣削稳定性约束下铣削参数优化模型,获取最大加工效率下的主轴转速、径向进给量及轴向进给量参数的最优值。开发铣削稳定性分析仿真软件,实现铣削颤振稳定域分析、共振区域分析、铣削参数优化等功能。将复杂设计分析过程工程实用化,具有工程应用价值。该方法同样可推广到磨削、车削的颤振分析。
【文章来源】：机床与液压. 2020年10期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
铣削加工二自由度振动系统
根据已推导的轴向临界铣削深度及主轴转速表达式(6)(7),采用解析法绘铣削稳定性极限叶瓣曲线图,横坐标为铣削主轴转速,纵坐标为铣削轴向切削深度,该图也称为稳定域图。程序计算过程如图2所示,如第1.1节中所述,轴向临界铣削深度aplim、主轴转速n的计算涉及求式(5)的特征值Λ,与频响函数Φ(iωc)有关,均为参变量λ的函数。颤振频率不仅对应于系统主频率,且在主频率的1～2倍范围内均有发生的趋势,因此λ的取值变化范围为:1<λ<2,即颤振频率ωc取值范围为(1～2)ωn。根据系统工艺参数,求解出Λ的实部及虚实部比值,由此计算轴向临界铣削深度,并计算当b取值为0、1、2、3、......时的主轴转速。最后根据临界铣削深度及主轴转速的关系,绘制稳定性极限叶瓣曲线。将该方法应用于某数控铣床,取主轴最高转速10 000 r/min;刀具直径?20 mm,刀齿数为2;工件材料20钢,其铣削力系数Ktc=1 977.3 N/mm2,Krc=760 N/mm2;系统X方向,固有频率ωnx=600 rad/s,阻尼比ξx=0.02,刚度kx=10 000 N/mm;Y方向,固有频率ωny=600 rad/s,阻尼比ξy=0.02,刚度ky=8 000 N/mm;加工方式为槽铣加工。绘制稳定性极限叶瓣曲线,如图3所示。叶瓣从右到左排列,分别对应b=0、1、2、3时的稳定性极限曲线(后续图中b含义一致)。曲线的上侧是铣削颤振区域,曲线的下侧是稳定铣削区域。水平的直线是稳定铣削的临界轴向铣削深度,水平直线的下侧为铣削绝对稳定区。稳定铣削临界轴向切深上侧、叶瓣曲线下侧三角区域为铣削的相对稳定区。
将该方法应用于某数控铣床,取主轴最高转速10 000 r/min;刀具直径?20 mm,刀齿数为2;工件材料20钢,其铣削力系数Ktc=1 977.3 N/mm2,Krc=760 N/mm2;系统X方向,固有频率ωnx=600 rad/s,阻尼比ξx=0.02,刚度kx=10 000 N/mm;Y方向,固有频率ωny=600 rad/s,阻尼比ξy=0.02,刚度ky=8 000 N/mm;加工方式为槽铣加工。绘制稳定性极限叶瓣曲线,如图3所示。叶瓣从右到左排列,分别对应b=0、1、2、3时的稳定性极限曲线(后续图中b含义一致)。曲线的上侧是铣削颤振区域,曲线的下侧是稳定铣削区域。水平的直线是稳定铣削的临界轴向铣削深度,水平直线的下侧为铣削绝对稳定区。稳定铣削临界轴向切深上侧、叶瓣曲线下侧三角区域为铣削的相对稳定区。通常,机床的轴向临界铣削深度较低,在绝对稳定区选取铣削加工参数进行加工不会产生颤振,但其加工效率会明显降低。从图3中可以看出,各叶瓣的峰谷比值很大,能达到几十倍以上,铣削参数在相对稳定区取值的空间很大。可以选择既能使铣削加工不发生颤振,又能充分发挥机床-刀具特性的工艺参数,在相对稳定区进行加工会大大提高工作效率,但应深入研究稳定性极限的影响因素,确保稳定域的有效性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑刀具螺旋角的薄壁件高速铣削稳定域预测[J]. 王志勇,冯东海,张珠峰. 组合机床与自动化加工技术. 2017(08)
[2]切削稳定性约束下的铣削参数优化技术研究[J]. 胡瑞飞,殷鸣,刘雁,苏真伟,殷国富. 机械工程学报. 2017(05)
[3]最大稳定铣削面积及切削参数优化研究[J]. 刘翘楚,吴志军,冯平法. 制造技术与机床. 2016(07)
[4]变齿距铣刀铣削稳定性实验研究[J]. 张开飞,郑伟伟,余泳昌,王万章,李赫,薛妍妍. 现代制造工程. 2016(06)
[5]材料切除对机匣铣削动力学与稳定性的影响[J]. 周续,张定华,吴宝海,罗明. 航空学报. 2016(04)
[6]铣削过程颤振稳定性分析的研究进展[J]. 卢晓红,王凤晨,王华,王鑫鑫,司立坤. 振动与冲击. 2016(01)
[7]薄壁零件铣削三维颤振稳定性建模与分析[J]. 张雪薇,于天彪,王宛山. 东北大学学报(自然科学版). 2015(01)
[8]基于时域振动速度有效值的铣削稳定性研究[J]. 蔡力钢,宋晓磊,赵永胜,刘志峰. 计算机集成制造系统. 2014(01)
[9]频谱分析法铣削稳定性判定[J]. 刘惠鑫,李康举,刘永贤. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2013(01)
[10]基于稳定性理论的机床动态优化方法的研究[J]. 蒋永翔,邓三鹏,祁宇明,蒋丽. 机械与电子. 2011(06)
本文编号：2945324
【文章来源】：机床与液压. 2020年10期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
铣削加工二自由度振动系统
根据已推导的轴向临界铣削深度及主轴转速表达式(6)(7),采用解析法绘铣削稳定性极限叶瓣曲线图,横坐标为铣削主轴转速,纵坐标为铣削轴向切削深度,该图也称为稳定域图。程序计算过程如图2所示,如第1.1节中所述,轴向临界铣削深度aplim、主轴转速n的计算涉及求式(5)的特征值Λ,与频响函数Φ(iωc)有关,均为参变量λ的函数。颤振频率不仅对应于系统主频率,且在主频率的1～2倍范围内均有发生的趋势,因此λ的取值变化范围为:1<λ<2,即颤振频率ωc取值范围为(1～2)ωn。根据系统工艺参数,求解出Λ的实部及虚实部比值,由此计算轴向临界铣削深度,并计算当b取值为0、1、2、3、......时的主轴转速。最后根据临界铣削深度及主轴转速的关系,绘制稳定性极限叶瓣曲线。将该方法应用于某数控铣床,取主轴最高转速10 000 r/min;刀具直径?20 mm,刀齿数为2;工件材料20钢,其铣削力系数Ktc=1 977.3 N/mm2,Krc=760 N/mm2;系统X方向,固有频率ωnx=600 rad/s,阻尼比ξx=0.02,刚度kx=10 000 N/mm;Y方向,固有频率ωny=600 rad/s,阻尼比ξy=0.02,刚度ky=8 000 N/mm;加工方式为槽铣加工。绘制稳定性极限叶瓣曲线,如图3所示。叶瓣从右到左排列,分别对应b=0、1、2、3时的稳定性极限曲线(后续图中b含义一致)。曲线的上侧是铣削颤振区域,曲线的下侧是稳定铣削区域。水平的直线是稳定铣削的临界轴向铣削深度,水平直线的下侧为铣削绝对稳定区。稳定铣削临界轴向切深上侧、叶瓣曲线下侧三角区域为铣削的相对稳定区。
将该方法应用于某数控铣床,取主轴最高转速10 000 r/min;刀具直径?20 mm,刀齿数为2;工件材料20钢,其铣削力系数Ktc=1 977.3 N/mm2,Krc=760 N/mm2;系统X方向,固有频率ωnx=600 rad/s,阻尼比ξx=0.02,刚度kx=10 000 N/mm;Y方向,固有频率ωny=600 rad/s,阻尼比ξy=0.02,刚度ky=8 000 N/mm;加工方式为槽铣加工。绘制稳定性极限叶瓣曲线,如图3所示。叶瓣从右到左排列,分别对应b=0、1、2、3时的稳定性极限曲线(后续图中b含义一致)。曲线的上侧是铣削颤振区域,曲线的下侧是稳定铣削区域。水平的直线是稳定铣削的临界轴向铣削深度,水平直线的下侧为铣削绝对稳定区。稳定铣削临界轴向切深上侧、叶瓣曲线下侧三角区域为铣削的相对稳定区。通常,机床的轴向临界铣削深度较低,在绝对稳定区选取铣削加工参数进行加工不会产生颤振,但其加工效率会明显降低。从图3中可以看出,各叶瓣的峰谷比值很大,能达到几十倍以上,铣削参数在相对稳定区取值的空间很大。可以选择既能使铣削加工不发生颤振,又能充分发挥机床-刀具特性的工艺参数,在相对稳定区进行加工会大大提高工作效率,但应深入研究稳定性极限的影响因素,确保稳定域的有效性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑刀具螺旋角的薄壁件高速铣削稳定域预测[J]. 王志勇,冯东海,张珠峰. 组合机床与自动化加工技术. 2017(08)
[2]切削稳定性约束下的铣削参数优化技术研究[J]. 胡瑞飞,殷鸣,刘雁,苏真伟,殷国富. 机械工程学报. 2017(05)
[3]最大稳定铣削面积及切削参数优化研究[J]. 刘翘楚,吴志军,冯平法. 制造技术与机床. 2016(07)
[4]变齿距铣刀铣削稳定性实验研究[J]. 张开飞,郑伟伟,余泳昌,王万章,李赫,薛妍妍. 现代制造工程. 2016(06)
[5]材料切除对机匣铣削动力学与稳定性的影响[J]. 周续,张定华,吴宝海,罗明. 航空学报. 2016(04)
[6]铣削过程颤振稳定性分析的研究进展[J]. 卢晓红,王凤晨,王华,王鑫鑫,司立坤. 振动与冲击. 2016(01)
[7]薄壁零件铣削三维颤振稳定性建模与分析[J]. 张雪薇,于天彪,王宛山. 东北大学学报(自然科学版). 2015(01)
[8]基于时域振动速度有效值的铣削稳定性研究[J]. 蔡力钢,宋晓磊,赵永胜,刘志峰. 计算机集成制造系统. 2014(01)
[9]频谱分析法铣削稳定性判定[J]. 刘惠鑫,李康举,刘永贤. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2013(01)
[10]基于稳定性理论的机床动态优化方法的研究[J]. 蒋永翔,邓三鹏,祁宇明,蒋丽. 机械与电子. 2011(06)
本文编号：2945324
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2945324.html
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