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1、!!"!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"$$%%%）摘!要：以一台大型数控内齿铣齿机为研究对象，结合切削颤振稳定性极限理论与动力学试验，测量机床刀具和工件间相对激振的频率响应曲线，并进行试验模态分析以及切削试验，得出机床振动的各个频率与振型。经对比，找出切削颤振的主振频率。关键词：切削颤振!试验模态分析!动态性能试验中图分类号："#$%&!!文献标识码：’!"#$%&’()*+,*%$#’)-./)*&%)#012#$3"1&1,#4&33&#
2、56&7*$0&,#,+8984&33:,,3&’()*+,，-./01,+2)*，&’.3,*45)6，07.018*4（96::8486;38<1)*,<):=*4,*88>,*4，?,)*@,*.*,A8>B,5C6;D<,8*<8E?8<1*6:64C，?,)*@,*"$$%%%，97F）()*+,-.+：G)B8H6*)<6IJ258>*2I8>,<):<6*5>6::8H（9F9）I)<1,*8566:，B6I8HC*)I,<8KJ8>,I8*5B)>8H6*8;6>;,*H,*46
3、25518I),*HC*)I,)5,6*MN5;,>B5，518;>8+28*8BJ6*B8<2>A86;>8:)5,A8A,L>)O5,6*L85P88*<2558>)*HP6>QJ,8<8,B6L5),*8H;>6I518<255,*48KJ8>,I8*5M?18*5188KJ8>,I8*5):I6H):)*):CB,B)*HI,::,*458B5)>8H6*856;,*H625518I6H8B1)J8B)*H;>8+28*6I518<6*
4、O5>)B5，518I),*;>8+28*)5,6*,B;62*HM/0123,4*：3,::,*4S,L>)5,6*；36H):N*):CB,B；TC*)I,;6>I)*<8=KJ8>,I8*5金属切削机床在使用中经常会遇到强烈的振动。中未安装刀盘）。该机床用于加工模数!)V%II、分这些振动使加工表面产生波纹，并且使切削力产生剧度圆直径!V!$$W%$$$II、齿宽"(X$$II的内齿烈变化，形成切削颤振。在机床承受大切削用量加工圈。的情况下，制约机床生产率的
5、主要因素是机床的切削5!机床切削颤振的稳定性极限理论颤振。切削颤振不仅影响生产率，而且危害到机床和［%］刀具的寿命。而机床的薄弱模态环节是发生切削颤振根据DMNM?6L,)B的稳定性极限理论：［V］的主要原因之一。通过动力学试验对机床切削颤VV":,IYY振进行研究，对指导机床的动力学结构设计具有重要%#$%［$&（’"）］I,*%#$%$()*（"）(I)K意义。（V）本文以某大型数控内式中：":,I为切削极限宽度；#$为切削刀具齿数；%$为动齿铣齿机为例，结合切削颤态切削力系数；*（"）为机床结构
6、频响函数；振稳定性极限理论，通过动Z[*（"）ZI)K为机床结构频响函数曲线的最大负实力学试验方法，测量机床刀部。具和工件间相对激振的频式（V）表明，要提高机床的切削稳定性极限范围，率响应曲线，用以确定切削需要精心设计机床结构，使Z[*（"）ZI)K越小越好。颤振的频率。进一步通过6!机床刀具7工件间频率响应曲线的测定试验模态分析以及切削试验，得出机床振动的各个频率及其振型以及切削振动的频率，经对比，找出切削颤传统的机床结构*（"）测量方法是用电磁或液压振的主振频率。试验研究的9F9数控铣床如图V所等
7、激振器在刀具和工件间进行相对激励，并测量刀具示，主体结构由床身、立柱、内铣头、工作台等组成（图[工件间的相对激振传递函数：!国家自然科学基金资助项目（X$$XV%]）；天津科技大学自然科学基金资助项目（%$$]$%$"）·#!"·#$%（&!）!$%（&!）"（’）$$%（&!）式中：$、#均为切削合力方向的激振力或相对振动位移，下标$%&表示刀具相对于工件，$为刀具，&为工件；!$%（&!）为刀具%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
8、工件部位进行单点激励，如图’所示，然后叠加计算。!"机床试验模态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，是一种准确反映结构动态性能的分析方法。设$（%）作用方向为正方向，则$（$!）(%$&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
