CNC铣床切削颤振的动态性能试验分析.pdf

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1、CNC铣床切削颤振的动态性能试验分析李彦启郭志全刘明涛朱征(天津科技大学机械学院，天津300222)摘要：以一台大型数控内齿铣齿机为研究对象，结合切削颤振稳定性极限理论与动力学试验，测量机床刀具和工件间相对激振的频率响应曲线，并进行试验模态分析以及切削试验，得出机床振动的各个频率与振型。经对比。找出切削颤振的主振频率。关键词：切削颤振试验模态分析动态性能试验中图分类号：TG547文献标识码：BDynamicPerformanceExperimentsAnalysisonMillingVibrationof

2、CNCMillingToolLIYanqi，GUOZhiquan，LIUMingtao，ZHUZheng(CollegeofMechanicalEngineering，TianjinUniversityofScience&Technology，Tianjin300222，CHN)Abstract：Basedonacomputernumericalcontrolled(CNC)machinetool，somedynamicexperimentsaredoneforfindingoutthemaindynam

3、icmillingvibration．Atfirst，thefrequencyresponsecurveofrelativevibra—tionbetweencutterandworkpieceisobtainedfromthecuttingexperiment．Thentheexperimentalmodalanalysisandmillingtestaredonetofindoutthemodeshapesandfrequencyofthetoo1．Fromthecon—trast，themainfr

4、equencyofmillingvibrationisfound．Keywords：MillingVibration；ModalAnalysis；DynamicPerformanceExperiment金属切削机床在使用中经常会遇到强烈的振动。示，主体结构由床身、立柱、内铣头、工作台等组成(图这些振动使加工表面产生波纹，并且使切削力产生剧中未安装刀盘)。该机床用于加工模数m／I-12mm、分烈变化，形成切削颤振。在机床承受大切削用量加工度圆直径(bl600～2000rain、齿宽b4500mm的内齿的情况

5、下，制约机床生产率的主要因素是机床的切削圈。颤振。切削颤振不仅影响生产率，而且危害到机床和1机床切削颤振的稳定性极限理论刀具的寿命。而机床的薄弱模态环节是发生切削颤振的主要原因之一⋯。通过动力学试验对机床切削颤根据S．A．Tobias的稳定性极限理论：振进行研究，对指导机床的动力学结构设计具有重要b1i=2Z[R()]2ZK意义。cI—H()l本文以某大型数控内式中b为切削极限宽度；Z为切削刀具齿数；Kc为动齿铣齿机为例，结合切削颤态切削力系数；H()为机床结构频响函数；振稳定性极限理论，通过动I一日(C

6、a))I⋯为机床结构频响函数曲线的最大负实部。力学试验方法，测量机床刀式(1)表明，要提高机床的切削稳定性极限范围，具和工件问相对激振的频需要精心设计机床结构，使t一()l⋯越小越好。率响应曲线，用以确定切削图1CNC数控铣床结构图2机床刀具一工件间频率响应曲线的测定颤振的频率。进一步通过试验模态分析以及切削试验，得出机床振动的各个频传统的机床结构／／(o~)测量方法是用电磁或液压率及其振型以及切削振动的频率，经对比，找出切削颤等激振器在刀具和工件间进行相对激励，并测量刀具振的主振频率。试验研究的CNC数

7、控铣床如图1所一工件问的相对激振传递函数：国家自然科学基金资助项目(50905127)；天津科技大学自然科学基金资助项目(20070203)￡uIIaT-·63·设计与研究gdRe湖hH⋯()=(2)1-t—w叫式中：P、X均为切削合力方向的激振力或相对振动位移，下标t～w表示刀具相对于工件，t为刀具，W为工件；一()为刀具一工件间相对激励的频率响应函数。由于液压、电磁激振器设备繁杂，携带不方便，可用锤击脉冲激励分别在刀具和工件部位进行单点激励，如图2所示，然后叠加计算。图4试验模态分析筒图3机床试验模态

8、分析试验模态分析能够对机床的整体动态性能进行分析，明确机床振动的固有频率与振型，是一种准确反映图2刀具一工件闻频翠啊应曲线的测定方法结构动态性能的分析方法。设P(t)作用方向为正方向，则P(∞)=一P()，在试验之前，先运用有限元方法估算该铣床的固且有有频率和振型，初步了解固有频率分布范围、模态密集程度、各阶振型形态，为模态试验中激励方式、测点布置提供依据。为力求能准确反映机床的结构特征，测[X()一X。(∞)]一[X((cJ