大长径比薄壁燃烧室壳体铣削加工振动分析与控制.pdf

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1、上海航天AERoSPACESHANGHAI第31卷2014年增刊文章编号：1006一I630(2014)S1—0010-05大长径比薄壁燃烧室壳体铣削加工振动分析与控制许开州1，詹世涛2，刘子娟2，孙曼皓1，李斌1(1．上海航天动力技术研究所，上海201109；2．上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240)摘要：针对大长径比薄壁燃烧室壳体铣削加工振动问题，研究了柔性辅助支撑对加工减振的作用。建立零件铣削加工振动模型，用ANSYS软件对模型进行数值模拟，分析柔性辅助支撑状态下的系统模态与振动响应，以及不同夹具刚度系数对切削振动的影响。切削实验验证表明：振动幅度降低

2、70％以上，减振效果良好。关键词：铣削；太长径比；薄壁；振动；模态中图分类号：TG54文献标志码：AMillingVibrationAnalysisandControlofaLargeLength—DiameterRatioandThin-WallCombustorShellXUKai—zhoul，ZHANShi—ta02，LIUZi—jtlan二，SUNMfn—ha01，LIBinl(1．ShanghaiInstituteofSpacePropulsionTechnology，Shanghai201109，China；2．TheStateKeyLaboratoryofMecha

3、nicalSystemandVibration，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Accordingtothevibrationproblemofthelong—axisthin—wallcylindricalshellduringmillingprocess，thevibrationdampingeffectofusingaflexibleauxiliarysupportingsystemwasstudiedinthispaper．Thevibrationmodalofthemillingwases

4、tablished．ThenumericalsimulationwasdonebyANSYSsoftwareandvibrationresponseunderdifferentstiffnessoftheshellwithflexibleauxiliarysupportingwereobtainedbyestablishingthefiniteelementmodel．Thevibrationdampingresultsfromcuttingexperimentsshowedthatthevibrationwasreducedmorethan30％．Keywords：Millin

5、g；Largelength—diameterratio；Thin—wall；Vibration；Modal0引言薄壁高强结构零件由于重量轻、强度高等特点，广泛用于航空航天等机械制造领域。固体火箭发动机燃烧室壳体长径比大于等于8，结构复杂(整个简体段有薄壁、外挂件)，整体结构刚性差，壁厚薄(通常小于2mlTl)，材料硬度高(采用低合金超高强度钢，属超硬难切削材料)，在数控整体铣削加工时，受切削力、切削热、重力、振动等因素影响，极易发生切削变形和振动。刀具与工具问的相对振动，不仅会恶化零件加工表面质量，缩短机床、刀具的使用寿命，不能充分发挥机床、刀具的性能，而且严重时可导致切削加工无

6、法进行，是影响加工质量和切削效收稿日期：2014—01—14；修回日期：2014-04—04作者简介：许开州(1984一)，男，博士，工程师，主要从事数控加工、数字化制造及信息技术开发与应用。率的关键技术，也是自动化生产的难点[1≈]。研究大长径比薄壁壳体切削振动原理，寻找切削减振方法，对实现零件的高可靠性、高质量、高效率加工有重要意义。国内外对薄壁零件切削振动进行了大量研究[3’4]。文献[5—6]针对薄壁零件本身切削振动提出了经典动态切削模型。对薄壁件加工振动问题，美国、西班牙等技术人员开发了多种柔性装配技术口]。国内科研院所对柔性工装技术也进行了研究。吉林大学开发了用于柔性

7、、万能多点工装的数字化支撑单元[8]。清华大学承担了国家863计划和国家自然科学基金项目，开展了薄壁件多点柔性工装系统的研究开发工作[9]。本文在以上研究的基础上，针对高强度大长径比薄壁燃烧室壳体铣削加工，根据铣削实验参数模拟实际加工条件，对其振动控制进行了研究。第31卷2014年增刊许开州，等：大长径比薄壁燃烧室壳体铣削加工振动分析与控制1燃烧室壳体结构特征及减振原理一般的切削加工，通常认为工件刚性很大，只考虑机床和刀具的动态特性，振动主要由机床本身的齿轮啮合冲击、主轴跳动和刀