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1、数控机床切削颤振监测与预报技术的发展陈金英(北京工业职业技术学院,北京100042)摘要:介绍了在机械制造行业与切削加工领域中数控机床切削颤振的理论研究与进展情况,分析了监测与预报的发展现状以及得出控制机床切削颤振的最优方法,具有一定的实用价值。关键词:切削颤振;监控;颤振预报中图分类号:TH161+.6文献标识码:A文章编号:1671-6558(2010)02-21-03OntheDevelopmentofCNCCuttingChatterMonitoringandForecastingTechnologyChenJinyin
2、g(BeijingPolytechnicCollege,Beijing100042,China)Abstract:ThisarticledescribestheconditionoftheoryresearchonCNCcuttingchatteranditsprogressinmechani2calmanufacturingindustryandmachiningarea.Itanalysesthepresentsituationofmonitoringandforecastingandworksouttheoptimalme
3、thodforthecontrolofCNCcuttingchatter,whichisofpracticalvalue.Keywords:cuttingchatter;monitoring;flutterforecast0引言数控机床切削颤振产生的原因复杂。振动时,将产生动态切削力,并在工件的加工表面残留明显的、有规律的振纹,这种现象的振动属于自激振动,简称颤振;强烈振动还会产生很大的噪声,污染环境,危害操作者的健康;在生产实践中,一般来说希望机床不产生振动。颤振产生的原因和发生、发展的规律及切削加工过程本身与金属切削机床动态
4、特性有着内在本质联系,影响因素较多,是一种较复杂的机械振动现象。切削颤振一直是机械制造行业与切削加工领域的一项主要研究课题,同时发展出机床动力学、切削动力学的学科分支。近年来随着社会和工厂自动化的发展,机械加工的柔性化要求切削加工可对不同的工件并在不同工作条件下进行,因此通过传统的方法往往不能从根本上杜绝颤振现象的出现。振动已成为机械加工中提高生产效率的主要障碍之一,因此实现对其进行在线监测预报和控制颤振发生成为改善切削系统稳定性的一项主要技术。1数控机床切削颤振的理论研究与进展1.1理论研究1907年Taylor在其著作中阐述
5、颤振产生的理收稿日期:2010-02-24基金项目:本文为北京工业职业技术学院2009年院立课题,项目编号:BGZY2009KT19。作者简介::陈金英(1976-),女,山东汶上人,工程硕士,讲师,主要从事数控专业教学及数控加工研究工作。22第9卷北京工业职业技术学院学报论时认为:形成不连续切削的周期与工件、刀架或者机床的传动机构中的任一部分振动的固有周期相同,则是产生颤振的主要原因之一。伴随着加工精度、生产效率、自动化与集成化程度的提高,现代化的计算机集成制造系统(CIMS)与柔性制造系统(FMS)促进了切削颤振的在线监控与
6、控制技术的进一步发展。由于计算机的发展和深入应用,各学科和各部门之间也日益渗透和交叉,从而为切削颤振的研究提供了广阔的理论基础和技术手段,使得无论是在理论上还是在实际应用方面对切削颤振的研究都有了深刻的变化。1.1.1机床切削颤振的定义金属切削过程中表现为刀具与工件之间强烈的自激振动称为“颤振”。振动所产生的噪声能刺激操作工人,并引起工人疲劳,降低工作效率,还能使机床零件过早出现疲劳破坏,从而使零件的强度、可靠性和安全性急剧下降,机床的振动还会引起加工工件的表面精度和光洁度下降,降低刀具使用寿命和生产率。1.1.2切削振动的分类
7、依照切削颤振的受力形式不同来划分,机床工作时通常所发生的振动基本上有2大类:第1类是受迫振动,第2类是自激振动。(1)受迫振动。是传动机构中的不平衡力、断续切削的冲击力等多种形式的干扰力对机床结构持续作用的结果。(2)自激振动。是在机床中如产生回转主轴(或与工件联系、或与刀具联系)系统的扭转或者弯曲等现象属于自激振动;立柱、横梁、床身等支撑件的弯曲或扭摆,切屑形成的周期性颤振和整台机床的摇晃,此外机床工作台等移动部件在低速运行时所发生的张驰摩擦自激振动(通称爬行)等等也属于自激振动。依照切削颤振的物理形成原因来划分基本上有3大类
8、:第1类是振型耦合型颤振;第2类是摩擦型颤振;第3类是再生型颤振。由于机床切削颤振的研究开始于颤振的机理与模型的研究,人们对摩擦型颤振和振型耦合型颤振的研究资料不太多,很多研究侧重于在再生型颤振方面。振型耦合型颤振是指由于振动系统在2个方向上的刚度相近,导致2个
