高速车削加工颤振稳定域建模与验证.pdf

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1、2014年6月机床与液压Jun．20l4第42卷第11期MACHINETO0L&HYDRAULICSVo1．42No．11DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．11．026高速车削加工颤振稳定域建模与验证曹自洋，薛晓红，谢鸥，殷振(苏州科技学院机械工程学院，江苏苏州215009)摘要：再生颤振是制约高速车削加工效率、加工质量和刀具寿命的主要因素。以高速车削加工为研究对象，建立了考虑再生效应的高速车削动态切削力模型和颤振稳定域解析模型；通过模态实验获得机床系统的频率响应

2、函数，在此基础上综合使用车削稳定性判据进行数值分析，获得了车削颤振稳定域解析解；进行了车削颤振稳定性时域仿真，获得了车削过程的切削力和刀具动态位移。仿真实验结果与解析解吻合良好，验证了建立的车削颤振系统动力学模型和颤振解析模型的正确性。关键词：车削；再生颤振；稳定性叶瓣图；时域中图分类号：TG501文献标识码：A文章编号：1001—3881(2014)11—093—3ModelingandValidationofChatterStabilityforHigh-speedTurningCAOZiya

3、ng，XUEXiaohong，XIEOu，YINZhen(CollegeofMechanicalEngineering，SuzhouUniversityofScienceandTechnology，SuzhouJiangsu215009，China)Abstract：Regenerativechatterisamajorfactorrestrictingtheprocesseficiency，processqualityandthelongevityofcuttingtoolsinhighspee

4、dturning．Fortheresearchofhighspeedturningprocess，thedynamiccuttingforcemodelandchatterstabilitydo—mainanalyticalmodelwereconstructed，andthedynamicregenerativeeffectsweretakenintoaccount．Themachine-toolsystemfre-quencyresponsefunctionwasobtainedthrough

5、modaltesting．Theanalyticalsolutionofthechatterstabilitydomainwasachievedbynumericalanalysisbasedontheabovestudy，withintegrateduseofturningstabilitycriterions．Furthermore，thetimedomainsimula-tiononchatterstabilityofhighspeedturningwasperformedandthecut

6、tingforceandtooltipdisplacementwereobtained．Thesimula-tionexperimentresuhsshowagoodagreementwiththeanalyticalsolution．Therefore，thecorrectnessofchattersystemdynamicsmod—elandchatterstabilityanalyticalmodelisvalidated．Keywords：Turning；Regenerativechatt

7、er；Stabilitylobe；Timedomain高速车削过程中常常发生切削颤振的动态不稳定HAJIKOLAEL等建立了单自由度的车削颤振系统，现象，其产生源于刀具和工件之间的相互振动，由于在建模过程中考虑了车刀后刀面的磨损。KASHYZA—上次切削所形成的振纹与当前次切削的振动位移之间DEH分别建立了车削系统机床一刀具子系统和刀具的相位差导致刀具切削厚度的不同而引起自激振动，一工件子系统的分析模型，对考虑摩擦阻尼的车削加它会导致切屑厚度随着时间变化而变化。如果在工进行了颤振分析，并通过控制主

8、轴振动来减小振高速车削中不能够有效地抑制颤振，那么在此工况下动。上述研究在对车削加工过程建立系统分析模型加工出的零件会有粗糙的加工面，同时增大刀具的磨时，存在研究范围不够宽、软件仿真时的模型过于简损且在切削系统内产生很大的动态载荷。切削系统引单和考虑切削力因素不全面等问题，因而适用性较发的加工颤振会明显降低切削效率与零件的加工质差，且与实际车削加工过程的差距较大。量，降低刀具、机床的使用寿命，已经成为阻碍该技此研究针对高速车削加工稳定性问题进行建模和术发挥其优势的主要瓶颈之一。分析