第8期 2017年8月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)08003304
D0I :10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 08. 008
No.8 Aug.2017
考虑刀具螺旋角的薄壁件高速铣削稳定域预测
王志勇，冯东海，张珠峰
（燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛066004）
摘要：针对薄壁件铣削时由于刀具螺旋角对颤振稳定域的影响而不能确保铣削稳定及材料去除率的问题，基于刀其螺旋角对力具与工件接触状态的影响，建立了考虑力其端旋角的薄壁件高速铣削动力学模型；通过实验结合半离散法解析铣削动力学模型，得到了考虑刀具螺旋角的稳定域lobe图，新的稳定域不仅识别出原稳定域中不稳定的参数组合，而且还拓宽了稳定铣削的主轴转速范国，避免
了参数优化后依然会发生颜振的可能，从而更好的提高切削效率。关键词：高速铣削；薄壁件；稳定域；螺旋角
中图分类号：TH162；TG506
文献标识码：A
High Speed Milling Stability Domain Prediction of Thin-walled
Workpiece by Considering the Helix Angle of Tool WANG Zhi-yong, FENG Dong-hai, ZHANG Zhu-feng
(School of Mechanical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao Hebei 066004, China)
Abstract: The tool helix angle has a significant influence on the chatter stability domain, which results in milling unsteadiness and low material removal rate. Based on the influence of tool helix angle on the contact condition of tool workpiece, the high speed milling dynamical model was established by considering the he lix angle. The model was analyzed by experiment and half dissociation theoretical method, more precious domain and lobe diagram considering helix angle was obtained. The new stability domain can distinguish the unstable parameters combination in the foregoing domain which excludes the effect of helix angle, which a-
void the possibility of optimized parameters, and improve the milling efficiency better Key words: high speed milling;thin-walled workpiece; stability domain ;helix anglo
0引言
随着航空航天工业对产品的质量和性能要求越来越高，整体薄壁零件由于其刚性较好、比较强度高、相对重量较轻等优势而被产泛应用。但薄壁零件在加工时极易发生颤振，严重影响生产效率和产品质量。目前颤振控制的方法主要包括机床结构的设计与改进、吸振器或附加减振装置、切削参数的调整策略、稳定域预测、颤振在线监测和在线控制策略等1-2]，其中对稳定域预测研究较多。
铣削稳定域确定了切削参数在该区域内能够保证
铣削稳定，精准的铣削稳定域对加工效率和产品质量至关重要。Minis和T.Yanushevsky(3]等基于Nyquist 判据将铣削系统描述为刀具具有两自由度的动力学模型进行求解，提供了一种判定铣削稳定性极限的全面的建模方法；ErhanBudak、L.TanerTuncl4]等建立了考愿工件模态时变性的高速铣削动力学模型，进行广颤振预测；R.P.H.Faassen等(3]建立了考虑刀具刃口效
收稿日期：2016-10-17；修回日期：2016-12-05
应的高速铣削力理论模型，预测并分析了再生型铣削颤振；张雪薇以弱刚度薄壁零件为研究对象，采用全离散解析法获得了颤振稳定域：汤爱君[7]通过建立斜角切削模型研究了螺旋角的大小对于铣削稳定域的影响；综上所述，学者们对薄壁件铣削振进行了大量研究，但由于缺乏考虑刀具螺旋角在切削时对稳定域的影响，导致所获得的稳定域不够准确而影响切削参数优化的准确性。
本文通过考虑刀具螺旋角对刀齿和工件接触区域的影响，建立了薄壁件高速铣削的铣削力模型和动力学模型，通过铣削力系数辨识实验和工件模态分析实验得到系统参数，采用半全离散解析法获得了更合理准确的稳定域lobe图。
1考虑螺旋角的瞬时铣削力模型
研究薄壁零件铣削的稳定性，首先要建立考虑螺
旋角的薄壁零件的铣削力模型。基于瞬时刚性力学模型理论为基础"}，考虑实际加工时由于刀具存在螺旋
*基金项目：国家自然科学基金项目（51675468）
作者简分芳数据969—），男，黑龙江龙江县人，燕山大学副研究员，博士，研究方向为精密与超精密加工及高速加工，（E-mail）wangzy@ysu.
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