水室封頭銑削加工切削力分析及振動(dòng)特性研究.pdf

1、隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)能源的需求量急劇增加，為了緩解能源需求日益增長所帶來的矛盾，核能的開發(fā)與使用是我國目前解決能源問題的最主要的方式之一。核島 AP1000蒸發(fā)器水室封頭是當(dāng)今世界應(yīng)用最廣和制造難度最大的第三代核電核心部件。水室封頭部件作為核電站核島一回路的容器，是蒸汽發(fā)生器(SG)的關(guān)鍵部件，由于鍛造技術(shù)手段無法實(shí)現(xiàn)成型鍛造，只能先鍛造出一個(gè)近似的長方柱體，全部由機(jī)械加工來完成，金屬去除率達(dá)到70％左右，銑削加工作為水室封

2、頭加工過程中的主要加工方式，由于508III鋼具有高強(qiáng)度、高硬度、高斷面收縮率等特性，并且在超大瞬時(shí)進(jìn)給量和軸向切深的共同影響下，處于極限懸伸狀態(tài)下的主軸與刀具產(chǎn)生巨大振動(dòng)，嚴(yán)重降低和影響生產(chǎn)效率與表面加工質(zhì)量；銑削過程中主軸經(jīng)常處于臨界懸伸狀態(tài)，在大軸向切深和極限瞬時(shí)切削厚度的共同影響下，銑削過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng)沖擊與顫振，使得加工過程中刀具產(chǎn)生嚴(yán)重的破損，且嚴(yán)重影響了零件的加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率。為了提高實(shí)際加工的生產(chǎn)效率，同時(shí)提高零件

3、的加工質(zhì)量與刀具的使用壽命，因此有必要對(duì)水室封頭銑削加工進(jìn)行切削力分析及振動(dòng)特性研究。
　　首先，進(jìn)行水室封頭銑削機(jī)床的刀盤與主軸系統(tǒng)模態(tài)分析。先分析銑削加工振動(dòng)產(chǎn)生特點(diǎn)，針對(duì)專用機(jī)床(TK6920型數(shù)控落地鏜銑床)刀盤(Φ200R8圓弧刀片刀盤)與主軸系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，進(jìn)行有限元模態(tài)仿真分析；進(jìn)而在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，采集和處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析；通過對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真模態(tài)分析結(jié)果，得到刀盤與主軸系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，進(jìn)而為研究

4、銑削過程中振動(dòng)特性奠定基礎(chǔ)。
　　其次，進(jìn)行水室封頭現(xiàn)場銑削加工振動(dòng)特性研究。先通過分析加工過程中的振動(dòng)產(chǎn)生的原因，并且針對(duì)變懸伸量狀態(tài)下的已加工表面質(zhì)量進(jìn)行簡分析，通過測得空轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)結(jié)合空進(jìn)給以及切削時(shí)振動(dòng)信號(hào)并進(jìn)行分析，最終得到切削過程中的交變切削力所引起的振動(dòng)為系統(tǒng)振動(dòng)的主要成分，并對(duì)變懸伸量試驗(yàn)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，進(jìn)一步獲得懸伸改變量對(duì)振動(dòng)的影響，并得到水室封頭加工銑削振動(dòng)為一種復(fù)雜的耦合振動(dòng)。
　　再次，進(jìn)行水室封頭

5、加工切削力模型研究。結(jié)合前文進(jìn)行的振動(dòng)特性分析，針對(duì)水室封頭銑削系統(tǒng)進(jìn)行模型研究，通過分析銑削刀具偏心的跳動(dòng)模型、銑削刀具與主軸系統(tǒng)的輕微變形模型和進(jìn)給系統(tǒng)的剛度模型，從而得到加工過程中的實(shí)際切削半徑，進(jìn)而建立以瞬時(shí)切削厚度為傳遞函數(shù)的切削力模型，最后通過刀具破損的銑削振動(dòng)數(shù)值仿真分析，最終獲得極限偏心跳動(dòng)下的極限切削力與名義切削力的關(guān)系。
　　最后，進(jìn)行銑削水室封頭技術(shù)工藝優(yōu)化及振動(dòng)預(yù)防簡單分析。結(jié)合刀具的破損和磨損情況，分析出