工藝系統(tǒng)振動對高速切削刀具破損的影響機理研究.pdf

1、在機械加工過程中，往往會伴隨著振動的發(fā)生，嚴重制約切削效率和零件的加工精度，縮減機床的使用壽命，造成刀具破損等一系列后果。同時，加工過程產生的振動會使切削力的大小和方向發(fā)生突然改變，從而引起刀具應力場改變，以及使刀具應力場反復變化。因此研究工藝系統(tǒng)振動對刀具影響的機理具有重要的科研價值，并為抗破損銑刀的設計提供一定的理論依據。
　　首先，對硬質合金整體立銑刀建立三維幾何模型，對其進行工況下的有限元模態(tài)分析，得出其固有頻率以及其振型

2、;同時進行了實驗模態(tài)分析，通過錘擊法測出工況下其固有頻率;將兩者進行分析比較，其結果相吻合。
　　其次，設計了測量工藝系統(tǒng)振動的正交實驗方案，對刀具的振動信號以及切削力信號進行同步采集。在采集過程中刀具的X，Y軸的信號利用電渦流位移傳感器進行采集;Z軸采用壓電式加速度傳感器在主軸上進行采集。然后，對Z軸信號采用頻域積分，使X、Y、Z三個軸采集到數據都為位移量。對采集信號頻譜分析，與刀具工況下的固有頻率分析對比，確認此過程沒有共振發(fā)

3、生，在后續(xù)分析中可以忽略共振對刀具的影響。同時對實驗結果采用極差分析法，得到各切削參數對刀具振動的影響規(guī)律。并且設計切削方式的單因素實驗，結果表明，逆銑方式的切削振動要高于順銑。
　　再次，為了探究振動對刀具應力場的影響機理，首先進行了只加載切削力的靜力學分析，獲得了切削力作用下的立銑刀應力場;然后由于受到有限元軟件系統(tǒng)無法同時加載位移載荷和力載荷的限制，因此在進行靜力學分析時只將振動位移信號加載到受力面上進行分析，通過后處理得到

4、其反作用力，再將得到反作用力與切削力進行疊加，加載分析，得到在此振動情況下刀具應力場的分布，與單獨加載切削力產生應力場會有一定的變化。為了便于對比分析，將振動數據取反再進行一次上述靜力學分析，得到三組分析結果進行分析對比。同時采用上述過程進行了三個載荷步的瞬態(tài)動力學分析。綜合對比上述兩類分析的結果可知振動會使刀具應力場發(fā)生瞬時轉變，刀具應力場在不斷惡化，同時受交變應力作用，最終導致刀具破損。
　　最后，通過上述有限元分析已知力方向