軸向車銑型面聯(lián)接件中再生顫振的分析

梁偉

(遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧錦州 121000)

軸向車銑型面聯(lián)接件中再生顫振的分析

梁偉

(遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧錦州 121000)

針對(duì)軸向車銑大剛度的型面聯(lián)接工件,建立加工振動(dòng)微分方程,并根據(jù)再生效應(yīng)建立考慮刀具、工件動(dòng)態(tài)特性再生顫振仿真模型。利用Matlab中的Simulink模塊進(jìn)行時(shí)域仿真,分析刀具轉(zhuǎn)速對(duì)再生顫振的影響。研究結(jié)果表明,在軸向車銑加工型面聯(lián)接工件過(guò)程中,為得到較好表面質(zhì)量、減小切削振動(dòng)、避免產(chǎn)生顫振,應(yīng)盡量選擇較大的刀具轉(zhuǎn)速。一方面,避開(kāi)工件的固有頻率,另一方面,減小切削振動(dòng),避免顫振的產(chǎn)生。

型面連接件 車銑 再生顫振 時(shí)域分析

近年來(lái),軸向車銑已成為加工型面聯(lián)接件的方法中最為先進(jìn)的加工方式之一。但是加工時(shí),刀具運(yùn)動(dòng)軌跡較為復(fù)雜,加工過(guò)程中容易產(chǎn)生顫振現(xiàn)象,尤其是再生型顫振[1]。如何避免和抑制車銑加工型面聯(lián)接工件時(shí)產(chǎn)生的顫振,是加工前選擇切削參數(shù)時(shí)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。本文建立車銑加工型面聯(lián)接工件動(dòng)力學(xué)模型,基于再生效應(yīng)建立了考慮刀具系統(tǒng)、工件系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的仿真控制模型,利用Matlab-Simulink進(jìn)行仿真,對(duì)切削顫振的時(shí)域特性進(jìn)行分析,為加工中工藝參數(shù)的選擇提供了參考依據(jù)。

1 軸向車銑型面聯(lián)接工件動(dòng)力學(xué)建模

由于刀具和工件在各方向上的剛度較大,不考慮刀具和工件的彈性變形,故在此視為剛體進(jìn)行分析,根據(jù)動(dòng)力學(xué)理論,考慮徑向的振動(dòng)對(duì)刀具和工件分別建立微分方程：

圖1 再生顫振控制框圖

圖2 nt=2500r/min時(shí)刀具工件相對(duì)振動(dòng)位移

圖3 nt=3500r/min時(shí)刀具工件相對(duì)振動(dòng)位移

圖4 nt=4500r/min時(shí)刀具工件相對(duì)振動(dòng)位移

式中,MTx,CTx,KTx,xT分別為刀具在徑向的模態(tài)質(zhì)量系數(shù),模態(tài)阻尼系數(shù),模態(tài)剛度系數(shù)和位移;MWx,CWx,KWx,xW分別為工件在徑向的模態(tài)質(zhì)量系數(shù),模態(tài)阻尼系數(shù),模態(tài)剛度系數(shù)和位移;F(t)為軸向車銑過(guò)程中的動(dòng)態(tài)徑向切削力,根據(jù)軸向車銑理論該切削力可簡(jiǎn)化為如下形式[2]：

F(t)=CF×ae0.86×af0.72×d-0.86×Z×h(t)

令F(t)=C×a0.86×a0.72×d-0.86×Z,則F(t)=K×h(t)

Fef

式中,CF——取決于被加工材料和切削條件的切削力系數(shù);

ae——切削寬度;

af——每齒進(jìn)給量;

d——圓柱刀具直徑;

Z——齒數(shù);

h(t)——?jiǎng)討B(tài)切削深度。

刀具和工件的相對(duì)振動(dòng)位移為：x=xT+xW

2 仿真模型的建立

模型考慮了刀具和工件系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性,并以刀具和工件的相對(duì)振動(dòng)位移作為輸出,如圖1所示。

3 時(shí)域仿真

3.1 仿真參數(shù)

仿真參數(shù)的設(shè)定如下[3]：

切削條件設(shè)定如下：

期望切削深度h0=0.1mm；刀具轉(zhuǎn)速nt=2500r/min。

3.2 仿真結(jié)果

仿真結(jié)果分析：從圖2、3、4中很容易看出,隨著刀具轉(zhuǎn)速?gòu)?500r/min增加到3500r/min時(shí),振幅增加,切削加工也從穩(wěn)定切削轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定切削。當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)速進(jìn)一步增加到4500r/min時(shí),振幅又迅速減小趨于穩(wěn)定,進(jìn)入穩(wěn)定切削狀態(tài)。由此可知,隨著刀具轉(zhuǎn)速的增加,振幅有先增大后減小的趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

在軸向車銑加工型面聯(lián)接工件過(guò)程中,為得到較好表面質(zhì)量,減小切削振動(dòng),避免產(chǎn)生顫振,應(yīng)盡量選擇較大的刀具轉(zhuǎn)速。一方面,避開(kāi)工件的固有頻率,另一方面,減小切削振動(dòng),避免顫振的產(chǎn)生。這也從一個(gè)方面證明了發(fā)展高速車銑切削的必要性。

[1]賈春德,姜增輝.車銑原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2003.

[2]陸劍中,周志明.金屬切削原理與刀具.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006,72-78.

[3]陳勇,劉雄偉.在Matlab/simulink環(huán)境下的動(dòng)態(tài)銑削力仿真.華僑大學(xué)學(xué)報(bào),2003,24(2)：168-173.