切削振动分析与控制课题.ppt

1、王 民 北京工业大学 2015.7.30,切削振动分析与控制,1,报告内容,一、切削振动产生原因 二、切削振动控制方法,2,切削振动产生原因,加工中心 铣削加工过程,理想切削,3,高刀具寿命,高加工精度,高加工表面质量,高金属切除率,加工稳定/振动小,高加工可靠性,高主轴寿命,切削力小,切削振动产生原因,4,工件材料 切削用量 切削速度 刀具几何形状,切削力影响因素,切削振动产生原因,5,切削振动产生原因,铣削力影响因素,6,切削振动产生原因,铣削稳定性控制模型,7,切削振动产生原因,切屑形状,切削稳定性域,8,切削振动产生原因,9,铣削力测试结果,自激振动 强迫振动,切削振动产生原因,10,

2、结构薄弱环节,高速铣削 (n6000 rev/min)：振源主轴, 刀柄, 刀具和轻质工件 低速铣削 (n1500 rev/min)：振源 机床大型部件.,切削振动产生原因,11,主轴,滚珠丝杠,进给单元,滚动导轨,传动系统振动,切削振动产生原因,12,切削振动控制方法,控制策略： 切削参数优化 阻尼减振方法,13,切削振动控制方法,切削参数优化,14,切削振动控制方法,切削参数优化,测试装置,15,切削振动控制方法,切削参数优化,16,切削振动控制方法,根据工件刀具耦合特性优选刀具,17,切削振动控制方法,图8 铣削过程加速度信号,切削振动时域 切削振动频域,18,切削振动控制方法,根据工件

3、刀具耦合特性优选刀具,19,切削振动控制方法,非线性调谐质量阻尼器设计,加工条件 阻尼器结构,20,切削振动控制方法,非线性调谐质量阻尼器设计,加工系统模型 阻尼器模型,21,切削振动控制方法,非线性调谐质量阻尼器设计,双线性迟滞摩擦力,运动方程,22,切削振动控制方法,非线性调谐质量阻尼器设计,频域半解析法 HBM 求解切削系统频响函数实部,23,切削振动控制方法,非线性调谐质量阻尼器设计,阻尼器设计参数优化,优化参数：,优化目标：工件目标模态最大负实部最小,优化结果：,24,切削振动控制方法,非线性调谐质量阻尼器设计,稳定性图 加工振动信号,控制效果,无阻尼器 切削深度3mm,有阻尼器 切

4、削深度1mm,25,切削振动控制方法,摩擦阻尼器设计,摩擦阻尼器结构,26,切削振动控制方法,摩擦阻尼器机理,摩擦阻尼器设计,27,切削振动控制方法,摩擦阻尼器设计,阻尼器参数优化,刀指和刀具壁厚之比,刀指和刀具壁间摩擦力与 刀具端部切削力幅值之比,28,切削振动控制方法,摩擦阻尼器设计,阻尼器参数优化,每个振动周期悬臂梁的损耗能为,悬臂梁结构中储存的最大应变能为,损耗因子,29,切削振动控制方法,摩擦阻尼器设计,实际刀具直径为d=25mm，长l =125mm，刀具壁厚h1=6.25mm，因此h1/l=1/20，代入损耗因子计算公式得到,阻尼器参数优化,30,切削振动控制方法,摩擦阻尼器设计,

5、阻尼器参数优化,31,切削振动控制方法,摩擦阻尼器设计,铣削试验结果,无阻尼器,有阻尼器,32,切削振动控制方法,大行程抗振滚珠丝杠副设计,欧拉伯努力梁模型,采用多重调谐质量阻尼器抑制丝杠横向振动,33,切削振动控制方法,大行程抗振滚珠丝杠副设计,结构示意图,力学模型,34,切削振动控制方法,大行程抗振滚珠丝杠副设计,模型求解,丝杠运行过程中螺母某一位置L1处，丝杠第k阶模态的动力学模型可表示为下图,35,切削振动控制方法,大行程抗振滚珠丝杠副设计,模型求解,螺母位置L1，丝杠第k阶模态的频率响应函数为：,螺母位置L1，丝杠轴向x位置处包含各阶模态的滚珠丝杠副横向振动的无因次频率响应函数为：,36,切削振动控制方法,大行程抗振滚珠丝杠副设计,MTMD优化,为保证螺母位置处振动在全行程上最小，优化目标设为:,M