微铣削再生颤振动力学建模及稳定性分析.pdf

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1、试验研究现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2013年第3期微铣削再生颤振动力学建模及稳定性分析+曹自洋，李华，谢鸥，殷振(苏州科技学院机电工程系，苏州215011)摘要：再生颤振是制约微铣削加工效率和加工质量的主要因素。以微铣削加工为研究对象，建立了考虑再生效应的微铣削颤振系统动力学模型和颤振稳定域解析模型，通过模态实验获得机床-刀具系统的频响函数，在此基础上综合使用铣削稳定性判据进行数值分析，获得了颤振稳定域解析解。最后进行了颤振稳定性加工实验，实验结果与仿真结果吻合良好，验证了建立的微铣削颤振系统

2、动力学模型和颤振稳定域解析模型的正确性。关键词：微铣削；再生颤振；动态铣削力；稳定性分析中图分类号：TG501文献标志码：A文章编号：1671-3133(2013)03—0011---05DynamicmodelingofregenerativechatterformicromillingandanalysisofmillingstabilityCaoZiyang，LiHua，XieOu，YinZhen(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering，SuzhouUniversityofScien

3、ceandTechnology，Suzhou215011，Jiangsu，China)Abstract：Regenerativechatterisamajorfactorrestrictingtheprocessefficiencyandqualityofmicromilling．Fortheresearchofmicromillingprocess，thedynamicmillingforcemodelandchatterstabilitydomainanalyticalmodelisconstructed，andthedy·namicre

4、generativeeffectsaretakenintoaccount．Themachine—toolsystemfrequencyresponsefunctionisobtainedthroughmodaltesting．Theanalyticalsolutionofthechatterstabilitydomainisachievedbynumericalanalysisbasedontheabovestudy，within-tegrateduseofmillingstabilitycriterions．Finally，themilli

5、ngexperimentsareestablishedandtheexperimentresultsshowagoodagreementwiththesimulationresults．Therefore．thecorrectnessofchattersystemdynamicsmodelandchatterstabilityanalyticalmodeliSvalidated．Keywords：micromilling；regenerativechatter；dynamicmillingforce；stabilityanalysis0引言近

6、年来，随着航空航天、国防工业、现代医学以及生物工程技术的发展，对微小型装置的功能、结构复杂程度和可靠性的要求越来越高，从而使得对特征尺寸从斗m级到mln级、采用多种材料、且具有一定形状精度和表面质量要求的精密三维微小零件的需求日益迫切‘1引。国内外学者的研究表明，具有可加工多种材料、生产柔性大、兼具高精密和超高速特征的高精密微铣削技术对微三维零件的加工具有独特优势。但是，微铣削系统引发的颤振会明显降低切削效率与零件的加工质量，降低刀具、机床的使用寿命，这已经成为阻碍该技术发挥其优势的主要瓶颈之一¨'4J。在大多数切削加工过程中，再生颤振的发生

7、先于负摩擦型颤振和耦合型颤振bJ，目前再生颤振的稳定性影响机制及其控制是切削颤振研究的热点。铣削加工再生颤振的产生源于刀具和工件之间的相互振动，由于上次切削所形成的振纹与本次切削的振动位移之间的相位差，导致刀具切削厚度的不同而引起自激振动，它会导致切屑厚度随时间的变化而变化。由于微铣削的动态铣削力同切屑厚度和机床的综合自激系统模态成正比，因此将会导致整个切削系统呈发散性的不稳定状态垆⋯。微铣削加工是在微观尺度内的材料去除过程，属于细观力学研究的范畴，相比于大型铣削机床，微型·国家自然科学基金项目(51075288)；江苏省自然科学基金项目(B

8、K2011314)；苏州市科技计划项目(SYG201244)2013年第3期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)铣床的刚度相对