前期实验结果及分析

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1、前期实验结果及分析：实际切削时，刀具和工件的振动是由主轴旋转不平衡力、切削力以及进给运动共同引起，必须分别研究这三者对切削振动的影响[18]。为此，假设机床结构为一线性系统，具有叠加效应，因此可通过分别研究空转、空转+恒速空进给、空转+恒加速空进给、空转+恒速切削进给时主轴和工件振动特性分析这三者对切削振动的影响。初步的实验装置如图5所示，其中，位移传感器输出信号暂时用示波器进行观察，振动加速度信号由数据采集卡实时采集并自编程序进行基本的频谱分析：图5实验装置图（未装作动器）一、空转时主轴振动特性分析(a)X

2、向振动位移(b)Y向振动位移(c)X向振动加速度(d)Y向振动加速度(e)X向振动加速度功率谱(f)Y向振动加速度功率谱图6空转3000rpm主轴X向和Y向振动图6(a)~(b)所示为主轴转速为3000rpm(转/分钟)时的主轴振动位移时域信号，由图可以看出，主轴x向振动位移和y向振动位移不大。图6(c)~(d)所示为主轴转速为3000rpm(转/分钟)时的主轴振动位移时域信号，图6(e)~(f)所示为刀具振动位移的功率谱密度曲线，由图可以看出主轴x向和y向振动加速度均为主轴旋转频率(3000/60=50Hz

3、)的谐波成分，这是因为在空转时刀具的振动主要是由主轴旋转不平衡力引起。Y向频率成分比X向频率成分少，是因为主轴安装靠Y向，X向和Y向振动结构不同引起的。由于现在的机床电主轴都经过动平衡调校，因此主轴不平衡力一般不大，只要刀具夹持到位，一般不会引起刀具较大振幅的振动。二、空转+恒速进给时主轴振动特性分析图7空转3000rpm+恒速1000mm/min进给主轴X向和Y向振动及功率谱由图7可以看出主轴x向和y向振动加速度也为主轴旋转频率(3000/60=50Hz)的谐波成分，说明空转+恒加速进给时刀具的振动主要还是

4、由主轴旋转不平衡力引起。比较图6可以看出，恒速进给运动对工件振动影响不大，可以忽略。三、空转+恒加速进给时主轴振动特性分析(a)X向振动加速度及功率谱(b)Y向振动加速度及功率谱图8空转3000rpm+恒加速1000mm/s^2进给主轴X向和Y向振动及功率谱图8与图7很相似，仍然可以看出主轴x向和y向振动加速度也为主轴旋转频率(3000/60=50Hz)的谐波成分，说明空转+恒加速进给时刀具的振动主要还是由主轴旋转不平衡力引起。但是通过功率谱特别是X向功率谱可以看出100Hz以下的低频谐波成分明显比恒速时大，

5、说明进给加速度对主轴的低频振动具有明显的影响，在加工中必须予以控制。四、切削+恒速进给时主轴振动特性分析(a)X向振动加速度及功率谱(b)Y向振动加速度及功率谱图9主轴3000rpm+恒速1000mm/min切削进给主轴X向和Y向振动及功率谱切削条件：主轴3000rpm，顺铣进给速度1000mm/min切削深度：1mm材料：铝刀具：两齿圆柱铣刀切削轨迹：沿X向直线运动由图9可以看出，主轴x向和y向振动加速度中，振动信号的主频已不是主轴旋转频率(3000/60=50Hz)，而是刀齿切入频率的谐波成分，说明周期性

6、的切削力正是引起稳态切削时的刀具和工件强迫振动的主要原因。同时振动加速度也明显加剧。通过对不同状态下的刀具和工件振动特性进行测量和分析可知：1、稳态切削时周期性切削力是引起机床主轴强迫振动的最主要原因，主轴旋转不平和进给作用对主轴和工件振动振幅影响不大。2、进给加速度对机床低频振动影响较大，加工时可能会造成表面精度的降低，在控制时必须加以考虑。