高速铣削颤振识别和稳定性预测.pdf

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1、2013年第32卷第3期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)59高速铣削颤振识别和稳定性预测陈展翼，袁军堂，汪振华，黄俊(南京理工大学，江苏南京210094)摘要：颤振是刀具与工件之间剧烈的自激振动，是影响工件表面质量与刀具磨损的重要因素。通过高速铣削试验，对加工过程中铣削力与振动信号进行分析，给出了一种通过监测加工过程中信号功率谱能量比变化来识别颤振的方法。试验结果表明：颤振发生时信号功率谱最主要的特性是在主轴转动频率、切削频率及其谐波两边等间距处会出现相应

2、的颤振频率，当主颤振频率处的能量超过一定的闽值时，加工系统颤振，否则，无颤振。建立了颤振动力学模型，通过试验获得了铣削系统频响函数和铣削力系数，绘制了铣削加工稳定性曲线。结合提出的颤振识别方法，验证了动力学模型的准确性，可为实际加工中合理选择加工参数和颤振监测提供参考。关键词：高速铣削；颤振；功率谱；稳定性曲线；颤振识别中图分类号：TH113文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)03-0059-03Chatterrecognitionandstabilitypredictionofhighspee

3、dmillingCHENZhan—yi，YUANJun—tang，WANGZhen—hua，HUANGJun(NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：Amethodofmillingchatterrecognitionbychangeofthepowerspectrumenergyratioinprocessofmonitoringandprocessingisproposed．Thisobjectiveisache

4、ivedbymeasuringthemillingforceandvibrationsignalsunderseveralcuttingconditions．Experimentalresultsshowthatmaincharacterofthepowerspectrumofsignalswhenchatterhappen，correspondingchatter~equencyoccursevenlysapacingonbothsidesofthespindlerotation~equeney，cutting

5、~equeneyandtheirharmonics．Onconditionthatthepowervalueofthedominantchatter~equencyisbeyondacertainthreshold，chatteroccured，otherwisenochatterhappened．Accordingtotheanalyticalmodelforregenerativechatterestablishedandtheexperimentaldataobtainedinthestudy，thefre

6、quencyresponsefunctionandcuttingforcecoeficient，basedonwhichthestabilitycurveisdrawn．Combinedwiththemethodofchatterrecognition，accuracyofdynamicsmodelisverified，andcanprovidereferenceforslectionofreasonableprocessingparametersandvibrationmonitoringinactualpro

7、cessing．Keywords：highspeedmilling；chatter；powerspectrum；stabilitycurve；chatterrecognition0引言规律，对建立的动力学模型进行了验证，为高速铣削选择合高速铣削加工广泛应用于航空、航天、船舶、模具及汽理的加工参数和颤振的实时监测提供参考。车等领域的复杂零件制造中。切削过程中，由于加工参数1铣削动力学建模选择不合理，使得刀具与工件之问产生剧烈的振动，导致颤假设工件是刚性的，考虑刀具的动态特性引起加工过振的发生。颤振不仅制约着生产过程

8、中的加工效率，还会程中切削厚度的变化情况，将铣削系统简化为如图l所示影响加工表面质量，造成刀具的磨损以及增加环境噪声。的二自由度振动系统，其振动微分方程可表示为因此，有必要对切削过程中信号进行分析，识别颤振发生时Mu()+()+砌(t)=F(t)，(1)信号的变化规律，并建立合适的颤振动力学模型来进行颤式中，c，分别为质量、阻尼、刚度矩阵，U(t)=[(t)振稳定性预测，