超声波椭圆振动切削加工系统稳定性研究

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1、第42卷第3期火箭推进V01．42，No．32016年6月JOURNALOFROCKETPROPULSIONJun．2016超声波椭圆振动切削加工系统稳定性研究张华1，张飞飞1，卢博1，詹海鹏1，史永刚1，强薇1，张鹏1，马杰2，马春翔2(1．西安航天发动机厂．陕西西安710100；2．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：切削加工系统的稳定性是影响零件加工质量的重要因素之一。通过建立超声波椭圆振动切削系统动力学模型，对超声波椭圆振动切削系统稳定性进行了分析，从理论上预测出超声波椭圆振动切削的稳定极限，并

2、对其进行Matlab仿真，得出稳定极限图。最后介绍了高温合金材料弱刚度零件加工试验情况，证实了与普通加工系统相比，超声波椭圆振动切削加工系统处于分离状态时具有更高的加工稳定性，可以提高弱刚度零件的加工质量。关键词：超声波椭圆振动切削；系统稳定性；Matlab仿真；加工质量中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2016103—008l一05StudyonmachiningstabilityofultrasonicellipticalvibrationcuttingsystemZHANGHual

3、，ZHANGFeifeil，LUB01，ZHANHaipen91，SHIYonggan91，QIANGw．eil，ZHANGPen91，MAJie2，MAChunxian92(I．Xi’anSpaceEngineFactory，Xi’an710100，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Machiningsystemstabilityisoneoftheimportant

4、factorsofinfluencingmachiningquality．Themachiningstabilityofultrasonicellipticalvibrationcuttingsystemisanalyzedbymeansoftheestablisheddynamicmodeloftheultrasonicellipticalvibrationcuttingsystemtopredictthetheoreticstabilitylimitoftheultrasonicellipticalvibrationc

5、utting．ThestabilitylimitcurveofthemachiningsystemisdrawnwithMatlab．Thetestingsituationofthefacecuttingofthehightemperaturealloyworkpiecewithweakrigidityareprocessed,whichprovesthatthestabilityofultrasonicellipticalvibrationcuttingsystemishigherthanthatofordinarycu

6、ttingsystemswhenitisinseparatingstatus．Asaresult，itcanimprovethemachiningqualityoftheworkpieceswithweakrigidity．Keywords：ultrasonicellipticalvibrationcutting；systemstability；simulation；machiningquality收稿日期：2016—02—29；修回日期：2016—03—28基金项目：中国航天科技集团重大工艺专项资助项目(ZDGY2014

7、—27)作者简介：张华(1963一)，男，研究员，研究领域为液体火箭发动机材料与工艺82火箭推进2016年6月0引言超声波椭圆振动切削技术是上世纪90年代提出的新型精密加工技术，分为分离型和不分离型㈦。它改变了传统的切削加工过程，使刀具以椭圆振动轨迹对工件进行切削。刀具前刀面与切屑之间的摩擦力有利于切屑的排出，不仅可有效抑制毛刺和刀尖处积屑瘤的产生【3】，而且使平均切削合力大幅地减小，特别是背向切削力的平均值接近于0HI，可以用来加工脆性等难加工材料，提高加工精度和刀具寿命。本文通过理论计算和计算机仿真分析了分离型超声波椭

8、圆振动加工系统的稳定极限，并进行弱刚度零件加工试验验证。1椭圆振动切削系统动力学模型切削系统模型如图1所示。图1带再生效应的超声波椭圆振动切削模型Fig．1Ultrasonicellipticalvibrationcuttingmodelwithregenerativeeffect系统动力学方程可表示为