顫振是銑削加工中一種代價(jià)高昂的老大難問(wèn)題殃玻。顫振的影響可以大到足以損壞刀具荣病,造成工件報(bào)廢舟茶,甚至損壞機(jī)床柿冲。更糟的是茬高,由于存在發(fā)生顫振的風(fēng)險(xiǎn),可能會(huì)使機(jī)床操作人員在選擇加工參數(shù)時(shí)過(guò)于保守假抄,使機(jī)床能力不能物盡其用怎栽。通常,機(jī)床的加工能力只利用了二分之一或幾分之一慨亲。
顫振是一種自激振動(dòng)婚瓜,這種振動(dòng)是指從主軸電機(jī)穩(wěn)定輸入的能量通過(guò)某種機(jī)制被轉(zhuǎn)化為振動(dòng)。機(jī)床產(chǎn)生顫振的主要機(jī)制是“振動(dòng)波的正反饋放大”。從本質(zhì)上講拖见,加工系統(tǒng)(包括刀具和工件)的動(dòng)態(tài)剛性不足乾爆。當(dāng)?shù)洱X切削工件時(shí),就會(huì)引發(fā)振動(dòng)滓莱,振動(dòng)的刀齒會(huì)在工件表面形成波紋舆伺。當(dāng)下一個(gè)刀齒與波紋表面接觸時(shí),表面波紋會(huì)導(dǎo)致切屑厚度發(fā)生變化咏哈,變化的切屑厚度又會(huì)引起切削力變化阀洛,變化的切削力則會(huì)引起振動(dòng)。
消除顫振機(jī)制的一種方式是萄罐,測(cè)試加工系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性调拳,利用這些測(cè)試結(jié)果計(jì)算出穩(wěn)定切削區(qū)域圖,并在其穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)選擇切削條件吧玉。這種預(yù)先控制范圍的策略依賴于調(diào)整刀具振動(dòng)與波紋表面相互吻合杀肩,當(dāng)前后波紋相互吻合時(shí),切屑厚度不再發(fā)生變化警畴,振動(dòng)也就停止了洞难。當(dāng)相鄰刀齒之間振動(dòng)波的個(gè)數(shù)正好為1、2或任意整數(shù)時(shí)揭朝,在穩(wěn)定性正弦曲線圖上就會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定區(qū)間队贱。這種加工策略需要知道穩(wěn)定速度,在允許的主軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持穩(wěn)定速度潭袱,具有均勻分布的刀齒柱嫌,并精確控制主軸轉(zhuǎn)速。
另一種替代策略是通過(guò)改變刀齒間距來(lái)抑制“振動(dòng)波的正反饋放大”機(jī)制敌卓。如果刀齒具有非對(duì)稱(不均勻)的間距慎式,那么,每個(gè)刀齒切削的前一刀齒留下的波紋表面都具有不同的波形趟径,從而抑制了振動(dòng)。與具有等分間距刀齒的刀具相比癣防,刀齒間距不等的刀具通常能夠?qū)崿F(xiàn)更穩(wěn)定的軸向切削深度蜗巧。
然而,要獲得這樣的結(jié)果蕾盯,需要仔細(xì)進(jìn)行估算幕屹。因?yàn)檫M(jìn)給量是恒定的,刀齒間距的變化會(huì)導(dǎo)致每齒進(jìn)給量不同取涕。這通常意味著触良,只有一個(gè)刀齒能承受全部切屑負(fù)荷,而其余的刀齒卻未能滿負(fù)荷切削。為此颓腮,必須減小刀具的每轉(zhuǎn)有效進(jìn)給量底悍,而且,必須通過(guò)將軸向切深增大到各齒剛好平衡谭某,使進(jìn)給量的減小與之匹配蜡瓜。
例如,讓我們考察一下刀齒均勻分布的4刃立銑刀和最穩(wěn)定的軸向切深量(10mm)接竣。刀齒按90°均布昨浆,排列方位分別為0°、90°巢季、180°和270°魔呈。如果允許的切屑負(fù)荷(每齒進(jìn)給量)為0.2mm,則每轉(zhuǎn)走刀量將為0.8mm/rev沾谓。如果其中只有一個(gè)刀齒的方位變化了10°撑蚌,這些刀齒的方位將在0°、100°搏屑、190°和280°争涌。因此,刀齒的間距分別為100°(最大間距)辣恋、90°亮垫、90°和80°(最小間距)。
為了保持最大間距處的每齒進(jìn)給量不超過(guò)允許的極限值伟骨,將最大間距作為控制間距饮潦。必須在等分間距刀齒進(jìn)給量的基礎(chǔ)上,按照等分間距與最大間距之比(在本例中為90°/100°)的比例携狭,減小進(jìn)給量继蜡。這樣,各刀齒之間每一間距對(duì)應(yīng)的切屑負(fù)荷分別為0.2mm逛腿、0.18mm稀并、0.18mm和0.16mm。而每轉(zhuǎn)進(jìn)給量則為0.72mm/rev单默。對(duì)該刀具而言梗力,允許的穩(wěn)定軸向切深的增大量必須大于100/90的比率,這就意味著入荞,11.1mm正好是金屬去除率的臨界值筷品。一般來(lái)說(shuō),用這種方法抑制振動(dòng)波正反饋放大時(shí)捌冲,為了使不等間距刀具具有應(yīng)用價(jià)值絮眨,必須允許軸向切深比最大間距/等分間距之比增大一倍拇支。
同樣,改變主軸轉(zhuǎn)速也可以抑制振動(dòng)波的正反饋放大低白,但是唬爹,當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)一圈時(shí),刀齒間距也能有效地改變豺章。然而尖洞,由于進(jìn)給量是固定不變的,因此搅厕,最大間距仍然能夠控制進(jìn)給量煞秤。在實(shí)現(xiàn)金屬去除率的任何提高之前,主軸轉(zhuǎn)速的變化必須允許穩(wěn)定的軸向切深比最大間距/等分間距之比增大一倍吉捶。
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