1、王 民 北京工業(yè)大學 2015.7.30,切削振動分析與控制,1,報告內容,一、切削振動產生原因 二、切削振動控制方法,2,切削振動產生原因,加工中心 銑削加工過程,理想切削,3,高刀具壽命,高加工精度,高加工表面質量,高金屬切除率,加工穩(wěn)定/振動小,高加工可靠性,高主軸壽命,切削力小,切削振動產生原因,4,工件材料 切削用量 切削速度 刀具幾何形狀,切削力影響因素,切削振動產生原因,5,切削振動產生原因,銑削力影響因素,6,切削振動產生原因,銑削穩(wěn)定性控制模型,7,切削振動產生原因,切屑形狀,切削穩(wěn)定性域,8,切削振動產生原因,9,銑削力測試結果,自激振動 強迫振動,切削振動產生原因,10,

2、結構薄弱環(huán)節(jié),高速銑削 (n6000 rev/min)：振源主軸, 刀柄, 刀具和輕質工件 低速銑削 (n1500 rev/min)：振源 機床大型部件.,切削振動產生原因,11,主軸,滾珠絲杠,進給單元,滾動導軌,傳動系統(tǒng)振動,切削振動產生原因,12,切削振動控制方法,控制策略： 切削參數(shù)優(yōu)化 阻尼減振方法,13,切削振動控制方法,切削參數(shù)優(yōu)化,14,切削振動控制方法,切削參數(shù)優(yōu)化,測試裝置,15,切削振動控制方法,切削參數(shù)優(yōu)化,16,切削振動控制方法,根據(jù)工件刀具耦合特性優(yōu)選刀具,17,切削振動控制方法,圖8 銑削過程加速度信號,切削振動時域 切削振動頻域,18,切削振動控制方法,根據(jù)工件

3、刀具耦合特性優(yōu)選刀具,19,切削振動控制方法,非線性調諧質量阻尼器設計,加工條件 阻尼器結構,20,切削振動控制方法,非線性調諧質量阻尼器設計,加工系統(tǒng)模型 阻尼器模型,21,切削振動控制方法,非線性調諧質量阻尼器設計,雙線性遲滯摩擦力,運動方程,22,切削振動控制方法,非線性調諧質量阻尼器設計,頻域半解析法 HBM 求解切削系統(tǒng)頻響函數(shù)實部,23,切削振動控制方法,非線性調諧質量阻尼器設計,阻尼器設計參數(shù)優(yōu)化,優(yōu)化參數(shù)：,優(yōu)化目標：工件目標模態(tài)最大負實部最小,優(yōu)化結果：,24,切削振動控制方法,非線性調諧質量阻尼器設計,穩(wěn)定性圖 加工振動信號,控制效果,無阻尼器 切削深度3mm,有阻尼器 切

4、削深度1mm,25,切削振動控制方法,摩擦阻尼器設計,摩擦阻尼器結構,26,切削振動控制方法,摩擦阻尼器機理,摩擦阻尼器設計,27,切削振動控制方法,摩擦阻尼器設計,阻尼器參數(shù)優(yōu)化,刀指和刀具壁厚之比,刀指和刀具壁間摩擦力與 刀具端部切削力幅值之比,28,切削振動控制方法,摩擦阻尼器設計,阻尼器參數(shù)優(yōu)化,每個振動周期懸臂梁的損耗能為,懸臂梁結構中儲存的最大應變能為,損耗因子,29,切削振動控制方法,摩擦阻尼器設計,實際刀具直徑為d=25mm，長l =125mm，刀具壁厚h1=6.25mm，因此h1/l=1/20，代入損耗因子計算公式得到,阻尼器參數(shù)優(yōu)化,30,切削振動控制方法,摩擦阻尼器設計,

5、阻尼器參數(shù)優(yōu)化,31,切削振動控制方法,摩擦阻尼器設計,銑削試驗結果,無阻尼器,有阻尼器,32,切削振動控制方法,大行程抗振滾珠絲杠副設計,歐拉伯努力梁模型,采用多重調諧質量阻尼器抑制絲杠橫向振動,33,切削振動控制方法,大行程抗振滾珠絲杠副設計,結構示意圖,力學模型,34,切削振動控制方法,大行程抗振滾珠絲杠副設計,模型求解,絲杠運行過程中螺母某一位置L1處，絲杠第k階模態(tài)的動力學模型可表示為下圖,35,切削振動控制方法,大行程抗振滾珠絲杠副設計,模型求解,螺母位置L1，絲杠第k階模態(tài)的頻率響應函數(shù)為：,螺母位置L1，絲杠軸向x位置處包含各階模態(tài)的滾珠絲杠副橫向振動的無因次頻率響應函數(shù)為：,36,切削振動控制方法,大行程抗振滾珠絲杠副設計,MTMD優(yōu)化,為保證螺母位置處振動在全行程上最小，優(yōu)化目標設為:,M