数控机床切削振动的动态性能试验分析

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1、第22卷第4期Vol.22No.42007年12月Dec.2007数控机床切削振动的动态性能试验分析张紫华，郭志全，李树森（天津科技大学机械工程学院，天津300222）摘要：以一数控弧齿锥齿轮铣齿机为例，研究机床结构振动模态薄弱环节的确认方法，为结构改进提供依据．通过动态试验，测量机床刀具和工件间相对激振的频率响应曲线G（ω），并分析出机床结构存在两个薄弱模态振型．切削颤振试验表明，机床在切齿期间，系统结构存在不同的颤振频率，恰好和机床G（ω）的薄弱模态频率相对应．机床结构有限元模态和试验模态分析均验

2、证了该结构薄弱模态的存在．关键词：数控弧齿铣齿机；铣削振动；模态分析中图分类号：TH113文献标识码：A文章编号：1672-6510（2007）04-0052-04ResearchonWeakModeStructureofCNCBevelGearMillingToolZHANGZi-hua，GUOZhi-Quan，LIShu-sen（CollegeofMechanicalEngineering，TianjinUniversityofScience&Technology，Tianjin300222,Ch

3、ina）Abstract：Basedonaspecialcomputernumericalcontrolled（CNC）machinetool–thespiralbevelgenerator，somedynamicexperimentsweredoneforfindingouttheweakstructureofthemachinetool．Atfirst，thefrequencyresponsecurveG（ω）ofrelativevibrationbetweencutterandworkpiece

4、wasobtainedfromthecuttingexperiment．ThecurveG（ω）indicatesthattheCNCspiralbevelgeneratorhastwoweakmodeswithtwocorrespondingfrequencies．Duringthecuttermillingonetoothofthebevelgear，thevibrationalfrequenciesofmachinetoolaredifferentatthephaseofcut-inandcut

5、-out．Thesefrequenciesarecorrespondingtothoseofthetwoweaknessmodes．Theanalysisofthecuttingforceshowsthatthecuttingmomentshavedifferentdirectionswhichresultsintheweakmodes．TheexistenceofthemodesisapprovedbytheanalysisoftheCNCbevelgeneratorstructureusingfi

6、niteelementsmethod（FEM）andexperiments．Thisresearchismeaningfulforthepracticaldesignofmachinetool，anditprovidesthepracticaldynamicmethodandexampleinprojectofmachinestructuraldynamicdesign．Keywords：CNCbevelgenerator；millingvibration；modalanalysis机床的加工精度和效

7、率是机床设计追求的两大本文以一数控弧齿锥齿轮铣齿机为例，研究机床目标．机床的结构刚度直接影响零部件的加工精度，结构的薄弱模态的确认方法．通过动态试验，测量机而结构的动态特性决定机床的生产效率．在机床承受床刀具和工件间相对激振的频率响应曲线，并分析得大切削用量加工的情况下，制约机床生产率的主要因出机床结构存在两个薄弱模态振型．为结构改进提供素是机床的切削振颤．颤振属于机床的自激振动，是了依据．在一定的条件下产生的，与机床结构及切削条件有关．切削过程与机床振动系统两者相互影响并通过相1机床结构刀具—工件间

8、频率响应曲线的互方位关系相联结，机床振动系统主要与机床结构有,测定关．因此对机床结构进行研究，找出其结构薄弱环节，可指导机床结构的动态改进设计，减小机床的切[1]削振颤，从而提高机床的生产效率[1—5]．根据S.A.Tobias的稳定性极限理论收稿日期：2007-06-04；修回日期：2007-09-14作者简介：张紫华（1981—），男，山东萃县人，硕士研究生.2007年12月张紫华,等：数控机床切削振动的动态性能试验分析·53·1由式（3）、（4）得