《高速加工工具系统的稳定性及其控制》.pdf

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1、第2期机械设计与制造2015年2月MachineryDesign&Manufacture63高速加工工具系统的稳定性及其控制王责成，郑登升，陈建，陶德飞(江苏大学机械工程学院精密工程研究所，江苏镇江212013)摘要：高速加工工具系统是高档数控机床的关键部件之一，其稳定性和可靠性直接影响到机床的质量与性能。基于有限元法，建立了高速加工工具系统的三维有限模型，通过模态分析的方法，从固有频率方面研究高速加工工具系统的稳定性，分析了刀具的悬伸量、夹持量、刀柄锥面不同过盈配合下和不同转速的条件下，对高速加工工具系统的固有频率

2、影响，同时分析了刀柄在有端面定位和无端面定位两种不同的定位情况下，对系统的固有频率的影响。提出了改善与提高工具系统稳定性的方法，为开发新型高速加工工具系统提供理论依据。关键词：高速加工工具系统；固有频率；稳定性中图分类号：TH16；Ⅲ113；TG506．1文献标识码：A文章编号：1001—3997(2015)02—0063—03StabilityandControlofToolingSystemforHigh-SpeedMachiningWANGGui-cheng，ZHENGDeng-sheng，CHENJian，T

3、AODe—fei(SchoolofMechanicalEngineering，InstituteofPrecisionEngineering，JiangsuUniversity，JiangsuZhenjiang212013，China)Abstract：High-speedmachiningtoolsystemisoneofthekeycomponentsofhigh—endCNCmachine，anditsstabilityandreliabilitydirectlyaffectsthequalityandpe~o

4、rmanceofthemachine．Basedonthefiniteelementmethod，developsa3Dfinitemodelofhigh-speedmachiningtoolsystem，studiesonthestabilityofthehighspeedmachiningtoolfromthenaturalfrequencybythemethodofmodalanalysis．Analyzestheamountoftheoverhangandclampingofthetooling，differ

5、entshanktaperintederencefitandunderdiferentspeedconditions，whichofectsthenaturalfrequencyofhigh-speedmachiningtoolsystem．Proposestheapproachofimprovingsystemstability，whichalsoprovidesatheoreticalbasisforthedevelopmentofnewhigh-speedmachiningtoolsystem．KeyWords

6、：High-SpeedMachiningToolSystem；NaturalFrequency；Stability结合面的不同接触状态对主轴一刀柄一刀具系统固有频率的影1引言响。为高速加工工具系统在高速旋转下，避开共振频率，提高系统高速加工与精密加工、高能束加工、柔性自动化加工一起，的稳定性提供理论依据。为开发新型高速加工工具系统提供理论构成了当今机械制造业中的四大先进加工技术l1_，高速加工工具基础。系统由机床主轴一刀柄一刀具组成，作为高速加工关键部件之一2高速加工工具系统的稳定性，开发高速加工工具系统受到了各国的

7、高度重视，其稳定性和可靠性成为关注重点。文献研究表明：机床一主轴一刀具一工件系高速加工工具系统作为一个结构件，在运动中结构被离散统中某个零件中的任一部分振动是产生颤振及影响机床稳定性后模型上各个单元节点的动态平衡方程为：的主要原因，并且切削加工中形成不连续切削的周期与系统中某{}+{风}+{}=tf(t)}(1)如果式(1)中的tf(t)}_0，则可以得到高速加工工具系统的个部件的固有频率密切相关，因此研究高速加工工具系统的固有自由振动方程。结构无阻尼自由振动的运动微分方程转化为：频率，提高系统和高速切削的稳定性是很

8、有必要的。文献l引认为：刀柄一主轴结合部考虑为刚性或者柔性状态时，系统的固有频率[M]{}+[K]{}=0(2)变化很大。因此，研究高速加工工具系统的固有特性是开发新型把高速加工工具系统视为作简谐运动的转子，则{}．{o}高速加工工具系统的基础性工作。costOt，由代数理论可知，该方程具有非零解的唯一条件是其系数使用软件UG建立了高速加工工具