数控机床切削振动的动态性能试验分析VIP免费

第22卷第4期2007年12月Vol.22No.4Dec.2007收稿日期：2007-06-04；修回日期：2007-09-14作者简介：张紫华（1981—），男，山东萃县人，硕士研究生.数控机床切削振动的动态性能试验分析张紫华，郭志全，李树森（天津科技大学机械工程学院，天津300222）摘要：以一数控弧齿锥齿轮铣齿机为例，研究机床结构振动模态薄弱环节的确认方法，为结构改进提供依据．通过动态试验，测量机床刀具和工件间相对激振的频率响应曲线G（ω），并分析出机床结构存在两个薄弱模态振型．切削颤振试验表明，机床在切齿期间，系统结构存在不同的颤振频率，恰好和机床G（ω）的薄弱模态频率相对应．机床结构有限元模态和试验模态分析均验证了该结构薄弱模态的存在．关键词：数控弧齿铣齿机；铣削振动；模态分析中图分类号：TH113文献标识码：A文章编号：1672-6510（2007）04-0052-04ResearchonWeakModeStructureofCNCBevelGearMillingToolZHANGZi-hua，GUOZhi-Quan，LIShu-sen（CollegeofMechanicalEngineering，TianjinUniversityofScience&Technology，Tianjin300222,China）Abstract：Basedonaspecialcomputernumericalcontrolled（CNC）machinetool–thespiralbevelgenerator，somedynamicexperimentsweredoneforfindingouttheweakstructureofthemachinetool．Atfirst，thefrequencyresponsecurveG（ω）ofrelativevibrationbetweencutterandworkpiecewasobtainedfromthecuttingexperiment．ThecurveG（ω）indicatesthattheCNCspiralbevelgeneratorhastwoweakmodeswithtwocorrespondingfrequencies．Duringthecuttermillingonetoothofthebevelgear，thevibrationalfrequenciesofmachinetoolaredifferentatthephaseofcut-inandcut-out．Thesefrequenciesarecorrespondingtothoseofthetwoweaknessmodes．Theanalysisofthecuttingforceshowsthatthecuttingmomentshavedifferentdirectionswhichresultsintheweakmodes．TheexistenceofthemodesisapprovedbytheanalysisoftheCNCbevelgeneratorstructureusingfiniteelementsmethod（FEM）andexperiments．Thisresearchismeaningfulforthepracticaldesignofmachinetool，anditprovidesthepracticaldynamicmethodandexampleinprojectofmachinestructuraldynamicdesign．Keywords：CNCbevelgenerator；millingvibration；modalanalysis机床的加工精度和效率是机床设计追求的两大目标．机床的结构刚度直接影响零部件的加工精度，而结构的动态特性决定机床的生产效率．在机床承受大切削用量加工的情况下，制约机床生产率的主要因素是机床的切削振颤．颤振属于机床的自激振动，是在一定的条件下产生的，与机床结构及切削条件有关．切削过程与机床振动系统两者相互影响并通过相互方位关系相联结，机床振动系统主要与机床结构有关．因此对机床结构进行研究，找出其结构薄弱环节，可指导机床结构的动态改进设计，减小机床的切削振颤，从而提高机床的生产效率[1—5]．本文以一数控弧齿锥齿轮铣齿机为例，研究机床结构的薄弱模态的确认方法．通过动态试验，测量机床刀具和工件间相对激振的频率响应曲线，并分析得出机床结构存在两个薄弱模态振型．为结构改进提供了依据．1机床结构刀具—工件间频率响应曲线的,测定根据S.A.Tobias的稳定性极限理论[1]2007年12月张紫华,等：数控机床切削振动的动态性能试验分析·53·limmin12[()]ccebZKRω==max12|()|ccZKHω−（1）式中：limb为切削极限宽度；Zc为切削刀具齿数；Kc为动态切削力系数；H（ω）为机床结构频响函数；|－H（ω）|max为机床结构频响函数曲线的最大负实部．式（1）表明，要提高机床的切削稳定性极限范围，需要精心设计机床结构，使|-H（ω）|max越小越好．传统的机床结构H（ω）测量方法是用电磁或液压等激振器在刀具和工件间进行相对激励，并测量刀具—工件间的相对激振传递函数()()()twtwtwXHPωωω−−−=（2）式中：P、X均为切削合力方向的激振力或相对振动位移，下标t-w表示刀具t相对于工件w；()twHω−为刀具—工件间的相对激励的频率响应函数．由于液压、电磁激振器设备繁杂，携带不便，可用锤击脉冲激...