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深孔加工系统中工件的振动分析

时间: 2019-03-29 08:42:12 来源: admin

关键字: 深孔加工系统中工件的振动分析   摘 要: 将深孔加工中的工件简化成两端固定支撑的旋转梁,建立工件的动力学模型,运用梁理论得到工件的自由振动方程,利用 MATLAB 拟合分析

   深孔加工系统中工件的振动分析

 
  摘 要: 将深孔加工中的工件简化成两端固定支撑的旋转梁,建立工件的动力学模型,运用梁理论得到工件的自由振动方程,利用 MATLAB 拟合分析在不同切削位置、不同主轴转速和不同进给量情况下工件的振动偏移量。分析结果表明,加工到工件的不同位置时,工件的偏移量不同,中心处工件偏移量最大; 增大刀具的进给量,工件的振动偏移量增大; 转速的变化对工件的振动影响较小。
 
 
  1、 引言
 
  深孔加工中的振动会导致切削不稳定并影响加工表面质量,造成加工零件精度低、刀具严重磨损、加工效率降低等问题,因此,切削加工中发生的振动成为影响深孔加工质量的关键因素和重要研究内容。
 
  目前的研究主要集中在振动产生的原因及消除方法、再生型颤振、刀具系统的动态稳定性和钻杆扭转振动减振技术等方面。在深孔加工过程中,钻头的旋转会引发陀螺效应,对颤振产生影响。Mehrabadi 等考虑到这方面的因素,通过深入分析得到了更加完善的颤振模型。Tobias 考虑到工艺阻尼和刚度对振动的影响,将机床的动态特性和加工过程结合起来,构建了更完善的自激振动和颤振模型。
 
  本文以工件旋转、刀具进给的加工方式,把工件简化成两端固定的旋转梁,运用 Rayleigh 梁理论结合 MATLAB 软件分析了工件在不同加工阶段的振动情况以及主轴转速和进给量对工件的振动影响.
 
  2 、旋转工件动力学模型
 
  图 1 为 BTA 深孔钻削过程示意图。在加工过程中,具有一定压力的切削液流入已加工好的孔壁和钻杆外表面环形腔内,通过钻头的排屑口把切屑带入钻杆的内腔,最后流入抽屑器中。对于回转体工件的同轴孔钻削,采取工件旋转钻头进给加工方式最方便可行,这也是 BTA 钻的主要方式,可以保证孔的同轴度。钻削过程中,工件的左右两端分别固定于卡盘和导向套上,工件旋转,刀具沿轴向作进给运动。
 
  
 
图 1 BTA 深孔钻削
 
  图 2 为深孔钻削旋转工件动力学模型。工件在深孔钻削过程中可分为三部分: 已加工部分、正在加工部分和未加工部分,并做出以下假设和简化:
 
  ( 1) 将正在加工的部分假设为刚体,根据刚体力矩的可传递性,将径向切削力 Fy沿其作用方向从力的作用点平移到工件正在加工部分的外圆面,切削力的横坐标 L1= L - L2= Vft,其中 Vf为进给量。
 
  ( 2) 将正在加工的部分并入已加工的部分,工件由三部分简化为两部分。第一部分 B1包括正在加工的部分和已经加工的部分: 长度 L1、截面积 A1、孔径 d、截面惯性矩 I1; 第二部分 B2是未加工部分:长度 L2、截面积 A2、直径 D、截面惯性矩 I2。工件全长为 L,弹性模量为 E,密度为 ρ。
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