薄壁回转体的谐响应分析(最终稿)

《薄壁回转体的谐响应分析(最终稿)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、车铣加工薄壁回转体的谐响应分析李俭，李翠芝，姜增辉（沈阳理工大学高速切削工程技术中心,辽宁沈阳110016）摘要建立了车铣加工薄壁回转体的动力学模型，并通过实验对其进行了不同切深的谐响应分析，确定出了不同厚度的薄壁件在不同切深时受迫振动的频率范围。关键词薄壁回转体谐响应频率中图分类号TH161.1文献标识码：A前言薄壁回转体工件的加工一直是机械加工中的一个难点，原因在于此类零件的刚度差，加工过程中力变形、热变形比较严重。而车铣技术的加工特点表现为切削力小，多刃切削过程平稳，且主要为绝热剪切[1，2]，因此其适用于薄壁件回转体的精加工。就薄壁件的加工变形而言，目前国

2、内外已有许多科技工作者在这一领域进行了深入的研究，西飞国际数控中心的李应时[3]在“准高速”切削条件下对薄壁件从工艺安排上进行了分析；北京卫星制造厂赵长喜、刘景祥[4]从组合工装的夹具设计方面对薄壁舱体进行了研究；国外的OzelT[5]等人使用有限元软件研究了切削力、切削温度对薄壁件加工变形的影响等等。本文主要研究车铣加工中振动对薄壁件加工变形的影响，利用有限元软件对薄壁回转体工件进行了谐响应分析，确定出其受迫振动的频率范围，从而在加工时避开这个频率范围而生产出合格的工件。1动力学模型该模型为铝合金材料的薄壁件，其外径Ф110mm，厚度为2mm，长度为170mm，

3、在工件的一端有30㎜属于实心结构，以便加工时好装夹。其简化的动力学模型如图1所示，运动微分方程式为（1）式中—工件的质量；—工件的阻尼；—工件的刚度；—作用在工件上的动态激振力。F（t）kcm图1动力学模型在切削加工时工件所受的激振力主要是铣刀的切削力，该力为简谐激振力即，则运动微分方程为（2）令其通解为（3）上式中，等式右边第一项表示有阻尼的自由振动（暂态过程），后一项表示有阻尼的受迫振动（稳态过程）。通常我们只研究振动的稳态过程，即式中的第二项（4）式中—受迫振动的振幅；—受迫振动的频率；—振动体位移与激振力的相位差。对（4）式求一阶及二阶导数得将以上两式代入

4、（2）式整理得振幅/m（5）解得令则系统响应为这说明，系统受迫振动的稳态过程是简谐振动，且受迫振动的频率与激振力的频率相同。2谐响应分析试验方案及结果分析实验框图如图2示，加速度传感器用胶水粘贴在薄壁件内侧。刀具工件加速度传感器电荷放大器机床输出电源终端板数据采集卡卡图2实验框图实验方案为在同一位置不同切削深度下对薄壁回转体工件进行车铣加工，比较不同切削深度下的振动特性。当切削深度分别为0.1mm、0.3mm和0.5mm时，所获得的振动幅值与切削频率之间的响应分析曲线分别如图3-图6所示（×10-7）6.346.3326.3646.3566.34804080120

5、160频率/Hz图3切深不同，频率小于200Hz的响应曲线（×10-5）振幅/m01234200600100014001800频率/Hz图4切深0.1mm，频率200Hz-2000Hz（×10-5）振幅/m10.750.50.250200600100014001800频率/Hz图5切深0.3mm，频率200Hz-2000Hz（×10-5）振幅/m01.61.20.80.4200600100014001800频率/Hz图6切深0.5mm，频率200Hz-2000Hz由幅频曲线可知：当切削频率小于200HZ时，位移振幅随着切削频率的增大而增大，切削过程是稳定的，没有振

6、动；而当从200HZ增至2000HZ时，则产生共振现象，且结合模态分析可知，该共振频率恰好发生在第一、二、三、四阶的固有频率处，即处。因此在加工厚度为2mm的薄壁件时，应该选择切削频率在200赫兹以下进行切削。3结论通过对车铣加工厚度为2mm的薄壁回转体工件进行谐响应分析，得出以下结论1．在车铣加工中，切削深度的变化对振动影响不大。2．车铣加工薄壁回转体的振幅随切削频率的增大而增大。3．为避开共振区间，切削频率应选择在200赫兹以下，以避开固有频率，防止产生共振现象。参考文献[1]Dr.S.K.Choudhury,K.S.Mangrulkar.Investigat

7、ionoforthogonalturn-millingforthemachiningofrotationallysymmetricalworkpieces[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2000,99（7）:120-128.[2] JIANGZeng-hui，JIAChun-de.Vectormodelingandtracksimulationinaxialturn-millingmotion[J].JournalofHarbinInstituteofTechnology,2005,12(3):283-286.

8、[3]李应