变齿距铣刀铣削稳定性试验

发表日期：2016/8/19 14:26:00 来源：中国锯片联合网

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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变齿距铣刀铣削稳定性试验

发表日期：2016/8/19 14:26:00 来源：中国锯片联合网

1 试验方案

2 试验结果

3 结语

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