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变齿距铣刀铣削稳定性试验

发表日期:2016/8/19 14:26:00??来源:中国亚博体育app下载手机联合网

通过对铣削过程中所获取的铣削力信号,进行FFT变换,且对实际铣削与理论预测的吻合性进行了研究分析,分析结果表明,采用变齿距铣刀进行铣削加工具有较好的铣削稳定性控制能力。
铣削是一种能够从金属试样中切除大量金属材料的加工方法,该方法能够保证作业过程的精确性和高效性。铣削颤振是一种自激振动现象,常常发生在铣削加工过程中。铣削颤振的出现将会加剧刀具磨损,降低加工中心的使用寿命,恶化工件表面加工质量,严重制约加工中心的使用效率。
对于铣削过程中出现颤振现象的研究,主要集中在对其时滞微分方程的稳定性进行分析。国内外主要是针对常规铣刀进行了研究,并开展了一系列关于铣削稳定性预测方法的实验研究。而变齿距铣刀铣削加工方法,是一种有效的颤振控制策略,虽然目前已经受到了广泛关注。因此,基于变齿距铣刀进行铣削稳定性试验,验证所提出的颤振控制策略的有效性。
图1 试验方案示意图(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

1 试验方案

主要的试验设备有DMC75Vlinear高速加工中心。测试仪器有LMS数据采集设备、Kistler-9257A动态测力仪、力电荷放大器。实验所用刀具材料为硬质合金。
试验方案如图1所示。为了在铣削加工过程中拾取X或Y方向的振动位移信号,在制定实验方案时结合DMC75Vlinear五轴高速加工中心的特点,在主轴附近采用磁力座固定了两个电涡流式位移传感器。实验过程中产生的振动信号,经电荷放大器转换后,由LMS数据采集系统进行采集。试件采用铝合金材料,型号为6061-T651,尺寸为120mm×100mm×70mm。Kistler 9257A三向测力仪被固定在工作台上,而该测力仪上固定有试件。Kistler测力仪可以检测到铣削加工过程中X,Y,Z三个方向的力信号,数据采集系统及时将采集到的力信号储存到计算机,以备后续研究和分析。
图2 试验所用刀具(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
铣削试验中所用铣削方式为顺铣、刀具直径12mm,齿数4,螺旋角30°,齿间距P=[70,110,70,110]°(如图2所示),径向铣削深度3mm(即径向切深率为25%)。
试验的颤振识别依据Smith和Tlusty所提出的方法,即主要考察铣削力的幅值及铣削力FFT变换后的频率成分。试验过程中如果出现力和振动幅值,随轴向铣削深度的增加呈非线性比例增加时,则认为发生颤振。否则认为实验过程中仅发生了普通的强迫振动。或者出现颤振频率成分,在所获得频率成分中占主导地位,则可判定该振动为颤振。

2 试验结果

根据有关文献中铣削稳定性的预测方法,计算所得稳定性叶瓣图如图4(略)所示。
图3 变齿距铣刀稳定性预测理论的实验和时域模拟验证结果(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
试验采用40组变齿距铣刀进行铣削加工,图3所示为各参数组合下的实验结果曲线图。从图3中可以看出,试验结果与理论预测结果较符合。
本文分别挑选了一个颤振点(ω=8000rpm、ap=4mm)和一个非颤振点(ω=6000rpm、ap=3mm)进行较为细致地分析说明。图4中给出了这两个典型组合下的铣削力信号、力信号的FFT变换结果、利用时域模拟方法所获得的振动与位移信息。在参数组合点1的条件下,通过对所测量的铣削力及傅里叶谱进行分析,可以发现铣削过程中发生了较为明显的颤振现象。另外从时域模拟所获得的振动以及铣削力信号,也可以明显看出该铣削条件下发生了颤振。然而当采用参数组合点2时,从图中可以清晰看出颤振现象已消失。

3 结语

基于试验所获得的参数,采用变齿距铣刀进行了铣削稳定性试验。根据原有理论分析所获得的稳定性叶瓣图,在同轴向铣削深度和主轴转速条件下,试验选择了40组铣削参数组合进行了铣削实验。通过对铣削过程中所获取的铣削力信号,进行FFT变换,且对实际铣削与理论预测的吻合性进行了研究分析,分析结果表明,采用变齿距铣刀进行铣削加工具有较好的铣削稳定性控制能力。
本文作者:张伟
原载:《工具技术》
关键词:变齿距铣刀铣削稳

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