切削振动（精选七篇）
切削振动 篇1
在金属切削加工领域,细长杆件的车削、薄壁件的切削加工或采用长悬臂刀杆进行镗削和铣削等场合,切削振动是一种破坏正常切削过程的极其有害的现象,是影响工件表面质量和加工精度的首要因素。虽然在数控加工领域中广泛运用具备各种合理角度和槽型的机夹可转位刀片及标准刀具,在一定程度上克服了传统手工自磨刀具的众多不足,但切削振动问题却并未因为刀具的升级换代而消失。
1 数控刀具切削振动模型分析
自激振动是数控刀具切削振动的主要形式。图1为切削系统单自由度振动模型,将刀具简化为一个“无弹性”的等效质量m,并假设这个等效质量m支撑在“无质量”的刚度为k的等效弹簧上。由于系统中总有阻尼存在,这相当于和等效弹簧并联着一个“无质量”、“无弹性”的等效阻尼δ。如果系统受到偶然干扰而使等效质量m产生振动位移x,则自由振动的运动方程为:
undefined。 (1)
若令undefined,则式(1)的通解为:
x=Ae-atsin(ωrt+φ) 。
式中:A——振幅;
t ——时间;
a ——衰减常数,a=δ/(2m);
φ ——初始相位角。
对一般的数控机床切削工艺系统来说,可认为系统结构的阻尼系数δ为正值。当系统受到某种偶然性干扰而产生自由振动时,由于正阻尼作用,振动能很快衰减下去。但是,当正比于速度的阻尼系数为负值时,只要初始振幅A不等于零,振幅就会逐渐增大。所以若系统为负阻尼,它对系统的振动不仅不起阻尼作用,相反会起加强作用,亦即在切削过程中增加了一个额外输入系统的能量。系统的振动能自动控制和调节系统的能量,而调节系统所产生的交变力又反过来对振动系统进行激振,所以对整个工艺系统来说,相当于产生一个负阻尼,使系统振动不衰减,从而失去稳定性。
图2为切削自激振动系统,它是由非振荡性能源、振动系统和调节系统组成的闭环反馈自控系统。其中,非振荡性能源供给自激振动所消耗的能量,具有反馈特性的调节系统将振动系统所产生的交变运动转换为交变力,并反馈到振动系统,以维持振动的持续进行,形成自激振动。
对于数控刀具切削过程而言,机床电机即是非振荡性能源提供者,工件、刀具和机床组成的弹性系统构成振动系统,刀具相对于工件切入、切出的动态切削过程产生出交变的激振力,切削过程即为调节系统。由此组成的切削自激振动系统从自身的振动过程中吸取能量,以补偿阻尼的消耗,从而维持系统作稳定的等幅振动。
2 消除数控刀具切削振动的基本途径
分析数控刀具切削振动模型可知,刀具在切削工件时发生自激振动依赖2个基本条件:①工艺系统刚性不足导致其固有频率低;②刀具相对于工件切入、切出的动态切削过程产生足够大的激振力,并且激振力的频率与工艺系统的固有频率相同或非常接近。因此,从数控刀具的选择和使用角度考虑,消除切削振动的基本途径是抑制激振力和提高刀具抗振性。
2.1 抑制激振力消除数控刀具切削振动
合理选择切削用量和刀具几何角度都是抑制激振力的有效途径。对于数控机床普遍采用的机夹刀具而言,在刀具选择和切削用量选择过程中应注意以下几个方面:
2.1.1 尽量选用切削刃锋利的刀片以减小切削力
数控机床所采用的机夹刀片材料主要有非涂层硬质合金、涂层硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和人造金刚石等6大类。由于金刚石类刀具不适合加工黑色金属,陶瓷和立方氮化硼刀片刃口通常都有负倒棱,金属陶瓷韧性差不适用于振动切削场合,而化学涂层刀片不及物理涂层刀片刃口锋利,涂层硬质合金刀片不及非涂层硬质合金刀片锋利,所以出于减小切削力考虑,应尽量选用非涂层或物理涂层的钴基硬质合金刀片。
另外,刀片的前角和后角大小也影响着切削刃的锋利程度。具有正前角和大后角的刀片在镗削或铣削中的切削楔入角最小,切削必然轻快,不易产生振动。
2.1.2 注重车镗刀具的主偏角、副偏角和刀尖圆弧半径的选择
对于外圆车削或内孔镗削,选择主偏角Kr=90o的刀具产生的径向切削力最小,轴向切削力最大,有利于消除切削振动。同时,为了避免刀具副切削刃与工件已加工表面摩擦而产生颤动,车镗刀具的副偏角应尽量选择较大的。
另外,根据经验,无论是镗削还是铣削,在相同的背吃刀量ap下,刀尖圆弧半径R越大,细长刀杆发生切削振动的倾向就越大。因此,背吃刀量一定时,使用小的刀尖圆弧半径无疑可以降低切削力,特别是可以降低径向切削力,从而避免细长杆类刀具发生切削振动。
2.1.3 避免选用等于刀尖圆弧半径的背吃刀量
在切削加工过程中,对于悬伸量与直径值之比为振动临界点的镗刀或铣刀,适当加大背吃刀量或进给量可以减小切削振动。这是因为当背吃刀量等于刀尖圆弧半径时,刀杆产生的弹性形变最大,切削力很大,容易产生切削振动。而随着背吃刀量的进一步增加,轴向抗力随之增大,反而使刀杆容易保持稳定。因此,选择背吃刀量不接近于刀尖圆弧半径的值,就能有效地抑制切削振动。
2.1.4 采用疏齿不等距面铣刀以减小铣削振动
对于面铣刀而言,刀具在高速旋转中,切削刃有规则地撞击工件,提供周期性激振力而容易产生振动。若将铣刀的排屑槽空间设计成不规则排列,如当一把4刃面铣刀的第1、第2两个切削刃间相距为72o,第2、第3切削刃间则相距68o,第3、第4切削刃间相距75o,为不均匀分布,那么切削刃与工件间的撞击规律被打乱,就能起到很好的减振作用。
2.2 提高数控刀具抗振性消除切削振动
通常,提高数控刀具抗振性的直观做法是选择横截面积尽可能大的刀杆,并将刀杆安装的悬伸量缩至最短。如果这2个因素均已充分考虑仍无法消除切削振动,则应该考虑选择具有更高强度的刀杆材料。目前,一些刀具厂商提供的整体硬质合金刀杆和高比重合成金属刀杆较好地体现了大抗弯强度和抗扭强度的特性,是小直径、大悬伸镗杆和铣刀材料的首选。
另外,刀具与刀夹、刀夹与刀柄、刀架与主轴之间的联接以及模块式刀具各模块之间的联接,都必须使其尽可能地保证足够的刚度,才能提高切削的稳定性。
3 结束语
提高数控刀具刚度、合理选择刀具几何参数和切削用量是增加工艺系统的稳定性、抑制激振力、消除切削振动的重要手段。对某些受力复杂的小直径、大悬伸数控刀具,单靠上述手段很难消除切削振动,应借助于增大阻尼,选择削扁镗杆、兰契斯特消振刀杆或冲击式避振刀杆等方法来解决切削振动问题。总之,通过切削振动物理模型分析,以抑制激振力、提高工艺系统刚性、增大振动阻尼为途径,结合上述各种实质性手段,可以构建一个更加稳定的切削加工工艺系统以解决数控刀具切削振动问题。
摘要：自激振动是数控刀具切削振动的主要形式。通过建立切削振动物理模型,分析数控刀具产生切削振动的主要原因,提出了在刀具的选择和使用过程中抑制激振力、提高刀具抗振性、消除切削振动的方法。
关键词：切削振动,激振力,抗振性
参考文献
[1]郑修本.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,1992.
[2]师汉民.机械振动系统[M].武汉:华中科技大学出版社,2004.
[3]John A Schey.制造方法基础与提高[M].王贵明,傅水根,译.北京:机械工业出版社,2004.
[4]盛晓敏.先进制造技术[M].北京:机械工业出版社,2007.
超声椭圆振动车削的切削特性 篇2
超声椭圆振动切削技术作为一种新型的金属切削加工方法,其主要特征是:加工用的刀具刀尖做高频椭圆轨迹形式的超声振动,进行非连续性切削。与常规方式的切削加工相比,超声椭圆振动切削具有显著减小切削力、改善已加工表面质量和提高加工精度等优势。超声椭圆振动切削可分为分离型和不分离型两类[1]。目前所研究的超声椭圆振动切削一般是指分离型,振动频率在20kHz左右。超声椭圆振动切削只有在切削速度小于椭圆振动的最大振速(临界切削速度)时,如在1/5~1/10的临界切削速度范围内,才能体现其优越性,因此其采用的切削速度一般很低,由此限制了加工效率。在精密和超精密切削中,既要满足表面粗糙度的要求,又要满足加工精度的要求,同时还要兼顾效率。为促进椭圆振动切削在精密和超精密切削中的应用,需要搞清楚该切削对表面粗糙度、加工精度和加工效率的影响规律,本文对此进行了研究。
1 超声椭圆振动车削对表面粗糙度的影响
1.1 运动方程
在精密和超精密车削中,可建立理想切削条件下的超声椭圆振动车削过程模型,如图1所示,其运动方程和速度如下:
z(t)=Azcos(2πft)+vt (1)
y(t)=Aysin(2πft) (2)
式中,v为切削速度;vz、vy分别为刀具上某点在z、y方向的速度分量;Az、Ay分别为刀具椭圆振动轨迹在z、y方向上的振幅;f为振动频率。
由式(3)可知,当vz>0时,刀具和工件接触,开始切削,当vz≤0时,刀具和工件分离,结束切削。
椭圆振动车削对表面粗糙度的影响包括两方面的内容:刀具在进给方向留下的残留面积高度Rz和切削方向上刀具留下的振纹高度Rth(图 1)。
1.2 理论振纹高度的分析
由图1可知,t0为刀具运动起始时刻,在t1时刻刀具和工件接触开始进行切削,考察其运动过程的几何关系,有
z(t2)-z(t1)=
Azcos(2πft1)+vt1=0.25v/f (5)
而理论振纹高度Rth为
Rth=y(t1)-y(t2)=Aysin(2πft1)+Ay (6)
在t1∈[0,0.75/f]内,由式(5)采用求数值解的方法可求出t1,代入式(6)即可求出Rth。
由式(5)和式(6),假定一定条件,利用数值求解的方法,可得到理论振纹高度,绘制相关影响规律曲线,如图2所示,可以看出,对于分离型(v/vc<1,vc为临界切削速度)椭圆振动切削,增大频率、
(c)当Ay=Az=1μm, f=150kHz时,Rth与v的关系
增大振幅和减小切削速度有利于减小理论振纹高度,从而降低对表面粗糙度的负面影响。
1.3 切削速度和振动频率的关系
假定Ay=Az=1μm,利用数值求解法,可在获得相同振纹高度Rth下,计算求解切削速度v和振动频率f的关系,如图3所示。
由图3可以看出,在获得相同振纹高度Rth条件下,切削速度和振动频率呈线性关系,频率越高,切削速度越大,即加工效率越高。
综合以上分析可知,超声椭圆振动车削在一定振动幅值的前提下,采用尽可能高的振动频率,在满足精密和超精密车削的表面粗糙度要求时(即获得一定的Rth),可以提高加工效率,且加工效率(用切削速度表征)与频率成线性关系。
1.4 进给方向刀纹高度的分析
普通车削过程中,对于圆弧刃刀具,在进给方向刀纹的高度Rz主要取决于进给量f′和刀尖圆弧半径rε,即Rz=f′2/(8rε)。
超声椭圆振动车削由于其特有的刀具几何运动轨迹的特点,一方面在切削方向会留下振纹,另一方面由于径向振动的存在,Rth对进给方向的刀纹高度Rz存在不同程度的影响。根据一个进给周期内振纹间的相位差发现,在进给方向的刀纹高度存在4种不同形式的曲线,如图4所示,t1和t2分别表示在一个进给量周期内的首尾时刻。
由图4可以看出,由于超声椭圆振动车削存在y方向的振动,故刀纹高度随着进给量的不同呈周期性变化,如图4b所示,最大理论刀纹高度为振纹高度Rz和Rth之和。这表明,理论上椭圆振动车削对表面粗糙度只有负面影响。
(b)相位差不为0
1.5 影响表面粗糙度因素的综合分析
实际车削过程中,表面粗糙度产生的原因包括:①几何因素所产生的粗糙度,它主要决定于残留面积的高度;②切削过程不稳定因素所产生的粗糙度,包括积屑瘤、鳞刺、切削过程中的变形,刀具的边界磨损,刀刃与工件相对位置变动。
在普通车削或半精密车削中,由于切削过程不稳定因素对表面粗糙度的影响较大,因而实际加工获得的表面粗糙度均大于理论表面粗糙度。同普通车削相比较,尽管理论上超声椭圆振动切削因Rth的存在,只能对表面粗糙度起负面影响,但是,在普通和半精密切削领域,因Rz比较大,加上切削过程不稳定因素对表面粗糙度的影响,相对来讲超声椭圆振动切削的振纹高度Rth可以忽略不计;而且,超声椭圆振动切削可以极大改善切削过程中的不稳定因素,从而使表面粗糙度更加接近于理论表面粗糙度,同普通车削相比,可以有效减小表面粗糙度,改善已加工表面质量[1]。
在精密和超精密车削中,因普遍采用金刚石刀具和高精度的机床,应用普通切削方式就能获得极小的表面粗糙度,即Rz较小,刀具几何因素在表面粗糙度的影响中起主要作用,而切削过程中的不稳定因素退居次要地位。这时,因为Rz很小,故不能忽略振纹高度Rth的影响,甚至Rth还可能占主导地位。因此,必须设法降低Rth以尽可能降低对表面粗糙度的负面影响。
2 超声椭圆振动车削对加工精度的影响
加工精度除受机床的特性、刀具等影响外,还受切削力的影响。目前对椭圆振动切削力的研究基本上是在传统的切削理论基础上,建立一个椭圆振动切削力模型来进行研究[1,2,3,4,5,6,7]。对上述研究进行分析发现,间断、不连续切削是椭圆振动切削的主要特征,因此本研究从切削占空比Dc(一个振动周期内参与切削的时间与周期的比值)角度来分析超声椭圆振动切削切削力的特性。
2.1 理论切削占空比的分析
由图1可以看出,在t4时刻,刀具开始切入工件,产生切削力,当vz=0时,即t7时刻,刀具和工件开始分离,切削力为0。为分析方便,仅考虑超声椭圆振动切削中的平均力及其影响因素,则超声椭圆振动切削力存在以下简单关系:
Fa=DcF0 (7)
式中,Dc为切削占空比,Dc=(t9-t1)f;F0为刀具与工件不分离时的切削力。
由图1所示周期性关系,刀具参与切削的时间tc=t9-t1,且有以下关系式成立:
vz=-2πfAzsin(2πft9)+v=0 (8)
Azcos(2πft1)+vt1=0.25v/f (9)
其中,式(9)与式(5)的分析相同。在t9∈[0.75/f,1/f]内,由式(8)求得t9的数值解;在t1∈[0,0.75/f]内,由式(9)求得t1的数值解;最后求出Dc。由此,在一定条件下,利用数值求解的方法,可得到切削占空比各单因素影响规律曲线,如图5所示。
(c)f=150kHz,v=17.0m/s,Ay/Az=1时,Dc与Ay的关系
由图5可知,增大振幅、提高频率和减小切削速度有助于减小平均切削力。由于在实际切削过程中,切削力的大小随切削层参数的变化而变化,因而椭圆振动切削时的切削力大小变化过程应该是一个渐变的过程[1],但是由以上对切削占空比的分析可知,同普通切削相比较,超声椭圆振动切削能减小切削力,因而可以大大提高加工精度,而且,同低频椭圆振动车削相比较,高频椭圆振动车削在减小切削力的同时,能采用较大的切削速度,从而提高加工效率,因此更适用于精密和超精密切削。
2.2 切削占空比和振纹高度的关系
假定同一振纹高度,即获得同样表面粗糙度条件下,分别考察低频和高频条件下的切削占空比。为分析方便,假定Ay=Az,分别为0.5、1.0、1.5μm,改变Rth和频率f(取一系列零散值),首先由式(6)计算t1,其次由式(5)计算切削速度v(为中间变化量),并代入式(8)中计算t9,最后计算Dc,得到Dc-f及Dc-Rth曲线,如图 6所示。
(c)图b A处放大
由图6a可以看出,在相同振幅条件下,要获得同样振纹高度,切削占空比不随频率变化而变化,即高频和低频超声椭圆振动切削具有相同的减小切削力的效果,但是由图 3所示曲线可知,切削速度和频率成线性关系,即在高频条件下,切削速度大,因此具有更高的加工效率。
由图6b可以看出,在相同振幅条件下,振纹高度越小,切削占空比越小,即平均切削力越小,最小占空比趋于0.25;这表明切削占空比(表征平均切削力)和振纹高度(表征表面粗糙度)成正比关系,而且振纹高度很小时,切削力减小效果更明显,切削占空比减小程度比振纹高度减小快(图6c),这说明在超精密加工中振纹高度的存在尽管对表面粗糙度具有负面影响,但在减小切削力效果方面具有正面影响。
由此可以发现,在精密和超精密切削中,设法降低Rth,不仅可以降低表面粗糙度的负面影响,还有利于减小切削力,而且在一定振幅条件下,削占空比和频率无关,而提高频率可以提高切削速度,从而可以提高加工效率。
3 试验
3.1 试验条件和装置
试验条件:美国HARDINGE精密仪表车床;瑞士KISTLER公司9254型超精密压电式测力仪;超声椭圆振动切削系统(自行研制,振动频率为198.5kHz、147.8kHz、131.5kHz)。振动条件为:1μm(长轴,主切削力方向)、0.6μm(短轴,吃刀抗力方向);PCD刀具,前角γ=3°,后角α=7°,刀尖圆弧半径r=0.5mm;试件材料为硬铝(LY12),直径d=22mm,长度为100mm。试验装置如图 7所示。
3.2 切削力试验结果
振动频率为131.5kHz,切深ap=0.01mm,进给量f′=0.015mm/r时,不同切削速度对切削力的影响规律如图8所示。
振动频率为131.5kHz,切深ap=0.01mm,切削速度v=13.82m/min(200r/min)时,不同进给量对切削力的影响规律如图9所示。
振动频率分别为131.5kHz、147.8kHz、198.5kHz,切深ap=0.01mm,进给量f′=0.015mm/r,切削速度v=13.82m/min(200r/min),振动频率对切削力的影响规律如图10所示。
3.3 表面粗糙度试验结果
振动频率为131.5kHz,切深ap=0.01mm,主轴转速n=400r/min时,进给量f′对表面粗糙度的影响规律如图 11所示。
振动频率为131.5kHz,切深ap=0.01mm,进给量f′=0.025mm/r时,切削速度对表面粗糙度的影响规律如图12所示。
4 结论
(1)椭圆振动切削中理论振纹高度与振动频率、振动幅值、切削速度相关;理论振纹高度对进给方向的刀纹高度存在负面影响。
(2)在相同振幅条件下获得同样振纹高度,所采用的切削速度与频率呈线性关系,即提高振动频率时,可采用较高的切削速度,以提高加工效率。
(3)在相同振幅条件下,要获得同样振纹高度,高频和低频超声椭圆振动具有相同的减小切削力的效果,但在高频条件下,切削速度比低频条件切削速度大,因此具有更高的加工效率;切削占空比和振纹高度成正比关系,反映了加工精度和表面粗糙度成正比关系,而且在较小振纹高度下,获取减小切削力的效果更明显。
(4)试验结果表明,在对表面粗糙度影响不大的前提下,有效减小切削力是高频超声椭圆振动切削在精密和超精密切削应用中的主要优势。
参考文献
[1]李勋.超声椭圆振动车削技术研究[D].北京:北京航空航天大学,2007.
[2]Ma Chunxiang,Shamotob E,Mori wakic T,et al.Suppression of Burrs in Turning with Ultrasonic El-liptical Vibration Cutting[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture,2005,45:1295-1300.
[3]Ma Chunxiang,Shamoto E,Mori wakic T.Study on the Thrust Cutting Forcein Ultrasonic Elliptical Vi-bration Cutting[J].Materials Science Forum,2004,471/472:396-400.
[4]Ma Chunxiang,Shamoto E,Mori wakic T,et al.Study of Machining Accuracy in Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture,2004,44:1305-1310.
[5]Karube S,Hoshino W,Soutome T,et al.The Non-linear Phenomena in Vibration Cutting System-the Establishment of Dynamic Model[J].International Journal of Non-linear Mechanics,2002,37(2):541-564.
[6]Kumar V C,Hutchings I M.Reduction of the Slid-ing Friction of Metals by the Application of Longi-tudinal or Transverse Ultrasonic Vibration[J].Tri-bology International,2004,37(1):833-840.
再生切削过程中的混沌振动 篇3
我们都知道切削过程中的稳定性直接影响到加工表面的最后质量。对制造技术而言,各种工作条件中,控制过程是非常重要的问题。不稳定过程将在切削中产生有害的切削振动,许多论文都讨论了解决此振动的方法。但是除了这些规则振动(周期性、准周期性振动),还有可能出现混沌振动[1,2,3,4,5]。
1切削过程的模型
图1表示了正交切削过程的单自由度模型,其中,k为等效刚度系数;c为阻尼系数;h0为名义切削深度;h为实际切削深度;Ω0为旋转角速度;v0为切于工件表面的刀具与工件之间的相对速度(v0=Ω0r,r为工件的半径)。工件对称轴在t时刻的垂直位移用y表示,则在经过刀具第一次切削之后的切削深度h(t)可表示为[6]:
h(t)=h0-y(t)+y(t-T) 。 (1)
其中:y(t-T)为上次切削运动轨迹;T为旋转周期。这里,假设相对速度为常数,最终的切削深度将由再生型切削颤振系统动力学模型的运动微分方程决定:
undefined。 (2)
其中:p为振动系统固有角频率;m为工件的质量;2n=c/m,是无量纲阻尼率;Fy为非线性切削力的垂直分量。将式(2)写为瞬时位置h(t)的形式,相应地工件的最终位置可表示为:
undefined。 (3)
解此微分方程可得:
undefined。 (4)
推力Fy主要是刀具与切屑间的干摩擦,取决于最终切削深度的幂律,其值的大小为:
Fy(h)=Θ(h)Kw(h3/4) 。 (5)
其中:K为切削阻抗;w为切削宽度,Θ为Heaviside阶跃函数。为了进一步研究,作一个假设,y(t-T)可写为周期函数:
undefined。 (6)
其中:ω、a、Φ分别为金属表面成型的频率、振幅和相。相应地,x(t)表示刀具经过旋转工件圆柱表面的距离。注意,模型中包括刀具与工件的分离现象,这种现象在高速切削过程中尤其重要。将式(4)、式(5)、式(6)代入式(1)中可得切削深度h与时间t的函数。
然后假设下式中的恢复参数β≤1:
undefined。 (7)
其中:t+、t-分别为作用时间前、后。上面的假设在以下讨论激励结果的研究中是尤其重要的。
2数字激励
在现实系统中参数如下:K=1.25×109N/m2,w=3.0×10-3m,h0=0.3×10-3m,p=816rad/s,m=17.2kg,a=0.2×10-3m,Φ=π/2,β=0.75,相应的小阻尼n=4.3。图2(a)～图2(d)显示了不同频率切削时深度h(t)的变化,h的负值表示刀具与工件不接触。
图2(a)表示方程(5)中参数激励ω=800rad/s时的切削结果。注意这种情况线速度v0相对较小(但仍然有undefined。可以看出过程非常平稳,在h0附近只有小的波动。
图2(b)与图2(a)不同,采用了稍大的频率ω=1 200rad/s,其为不稳定的切削,切削深度h有很大的波动。由图2(b)可看出刀具与工件材料有分离现象,系统产生的振动是非周期的。这可能是由于碰撞与驱动频率ω不同步引起的[7]。因此,非周期出现在刀具进入负切削深度h<0之后。另外,在相同的系统中似乎h>0更规则一些。这种行为是间歇运动机构的混沌运动的典型。当然,在其它机械实例中,都是由于碰撞而产生的。
图2(c)继续增大频率,ω=1 600rad/s,系统又转回到规则切削深度的振动。不管振幅有多大,刀具与工件碰撞作用与参数频率ω是同步的。
图2(d)采用了一个相对较大的频率,ω=2 600rad/s,具有相对高的切削速度v0时,振幅有轻微的减小。
为研究系统的振动,将以上每种情况都做傅立叶变换。图3(a)～图3(d)为傅立叶变换后工件的振动幅度|A|与频率ω′的对应图。图3(a)和图3(d)中显示了单个驱动频率与工件运动同步的谱。图3(b)是单个频率与连续间隔频率ω′的组合谱,这是典型的输出混沌系统。由图3(c)可以发现许多由ω/4自然扩大的特征频率ω′(4ω′/ω=l,l是自然数)。
有趣的是,对于小驱动频率ω=800rad/s,工件也有小旋转速度,切削深度的波动也小。这种情况下,工件自身的运动y通过初始形状的调整y(t-T)能够追随得上驱动力的作用。这引起了相对大的工件的振动幅度。对于大驱动频率ω=2 600rad/s,得到相反的情况:当y的振动较小的时候,切削深度h的波动会较大,在这种情况下,由于惯性很大,工件跟不上由初始形状产生的切削深度h的振动变化,如式(1)所描述[8]。
3结论
本文考虑了刀具、工件在正交车削过程中的振动。采用的单自由度模型体现了切屑与刀具之间的摩擦现象和刀具与工件分离的可能性。由初始形状切削表面以及刀具与工件之间的非线性相互作用产生了周期、准周期或混沌的切削振动。混沌运动主要是由刀具与工件分离后作用效果产生的。很明显,切削振动能够从规则转换到混沌现象。
参考文献
[1]Gradisek J,Govekar E,Grabec L.A chaotic cuttingprocess and determining optimal cutting parameter usingneural network[J].Int J Mach Tools Manufact,1996(36):1161-1172.
[2]Marui E,Kato S,Harashimoto M,et al.The mechanismof chatter vibrations in a spindle-workpiece system:part2-characteristics of dynamic cutting process andvibration energy[J].ASME J Eng Indust,1988(110):242-247.
[3]Wiercigroch M,Cheng AH-D.Chaotic and stochasticdynamics of the machine tool-cutting system[J].Chaos,Solitons&Fractals,1997(8):715-726.
[4]Stepan G,Kalmar-Nagi T.Nonlinear regenerativemachine tool vibrations[G].In:Proceedings of 16thASME Biennial Conference on Mechanical Vibration andNoise.Sacramento,CA.1997:1-11.
[5]师汉民.机械振动系统[M].武汉:华中科技大学出版社,2003.
[6]李宝灵,高尚晗,高中庸,等.金属切削过程中自激振动的实验分析[J].机械制造,2004,42(8):51-53.
[7]赵宏伟,王晓军,于骏一.机床再生型切削颤振系统稳定性预测[J].西南交通大学学报,2003,38(5):547-552.
浅析机床切削中的自激振动 篇4
1 机床切削自激振动产生的条件和特性
切削加工时, 在没有周期性外力作用的情况下, 有时刀具与工件之间也会产生强烈的相对振动, 并在工件的加工表面上残留下明显的、有规律的振纹, 这种由振动系统本身产生的交变力激发和维持的振动称为自激振动, 通常将自激振动看成是由振动系统 (工艺系统) 和调节系统 (切削过程) 两个环节组成的一个闭环系统。如图1所示, 自激振动系统是一个闭环反馈自控系统, 调节系统把持续工作的能源能量转变为交变力对振动系统进行激振, 振动系统的振动又控制切削过程产生激振力, 以反馈制约进入振动系统的能量。
由此可见, 自激振动系统, 简称自振系统, 是由三个部分组成的:1) 能源, 用来供给自激振动中消耗的能量;2) 振动系统是具有振动体和弹性原件的系统;3) 控制及调节系统是一种具有反馈特性的系统。如图2所示, 振动系统的动刚度不足或主振方向 (K1, K2) 与切削力的相对位置不适宜时, 因位移x的联系产生维持自振的交变切削力;切削力具有随切削速度增加而下降的特性时, 由速度X*的联系产生交变切削力P軌。
由此可见, 自激振动具有以下特性:
1) 自激振动的频率等于或接近系统的固有频率, 即由系统本身的参数所决定。在没有外界交变力作用的情况下, 能把作用于系统的固定方向的运动转变为系统的振动。
2) 具有反馈控制环节, 能使自激振动本身所产生的交变力得到控制, 自激振动是由外部激振力的偶然触发而产生的一种不衰减运动, 但维持振动所需的交变力是由振动过程本身产生的, 在切削过程中, 停止切削运动, 交变力也随之消失, 自激振动也就不存在了。
3) 自激振动能否产生和维持取决于每个振动周期内输入和消耗的能量, 自激振动系统维持稳定振动的条件是, 在一个振动周期内, 从能源输入到系统的能量 (E+) 等于系统阻尼所消耗的能量 (E-) 。如果吸收能量大于消耗能量, 则振动会不断加强, 反之, 则振动不断衰减而被抑制。
2 消除或减弱产生自激振动的方法
2.1 合理选择切削用量
通过对机床切削过程中的参数分析, 可知:1) 切削速度V在20～60m/min范围内时, 振动较强。选择较小或者较大的切削速度时, 有利于减小振动。2) 在条件允许的情况下, 加大进给量和减小切削深度, 有利于减小振动。
2.2 合理选择刀具几何参数
刀具几何参数中对振动影响最大的是主偏角Kr和前角γ0, 主偏角Kr增大, 则垂直于加工表面方向的切削分力Fy减小, 实际切削宽度减小, 故不易产生自振。即Kr=90°时, 振幅最小, Kr>90°, 振幅增大。前角γ0越大, 切削力越小, 振幅也小。
2.3 增加切削阻尼
适当减小刀具后角 (α0=2°～3°) , 可以增大工件和刀具后刀面之间的摩擦阻尼;还可在后刀面上磨出带有负后角的消振棱, 形成倒棱减振车刀, 其特点是刀尖不易切入金属, 且后角小, 有减振作用, 切削时稳定性好。
2.4 合理控制系统刚度
以车削细长轴为例, 提高工艺系统刚度的方式有:1) 合理设计零部件结构和截面形状;长度与直径比大于12时, 工件刚性差, 易弯曲变形产生振动;2) 采用辅助支承, 此时应在采用弹性顶尖及辅助支承 (中心架或跟刀架) 来提高工件抗振性能;3) 采用合理装夹和加工方式, 当用细长刀杆进行孔加工时, 应采用中间导向支承来提高刀具的抗振性能。4) 合理安排刀具和工件的相对位置。在车床上安装车刀的方位对提高车削加工过程的稳定性、避免自激振动具有很大的影响。试验表明, 将普通车床车刀安装在水平面上其稳定性最差, 而将车刀装在=60°的方位上, 车削过程的稳定性最好。
摘要：机械系统在一定的运动条件下会产生自激振动, 影响甚至破坏机械的正常工作, 产生自激振动的系统是不稳定的系统。自激振动是一种不以外部激励为必要条件, 而主要由系统本身的动态特性所决定的运动。本文重点分析机床切削产生自激振动的条件和特性, 并通过对其分析, 得出消除和减弱自激振动的措施和方法, 使机床在充分发挥其工作性能的条件下, 保持稳定。
钛合金车削加工试验切削振动的分析 篇5
机械加工中产生的振动主要有强迫振动和自激振动 (颤振)两种类型。强迫振动的特征为频率与外界周期性干扰力的频率相同,或是它的整数倍,干扰力消除, 强迫振动停止。自激振动(颤振)的特征机械加工过程中,在没有周期性外力,由系统内部激发反馈产生的周期性振动,其主要特征自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率[1]。无论哪种振动,其实质都使刀具和工件之间产生相对位移,破坏了工件和刀具之间的正常的运动轨迹,不仅恶化加工表面、缩短机床和刀具的使用寿命,而且振动严重时使加工无法进行。切削实验是研究切削参数对加工过程的影响规律,进一步指导生产实际,切削过程中的振动会影响实验数据的准确性,严重时使切削实验无法进行。
钛合金具有优良的综合性能,在航空航天领域得到广泛应用,但其切削温度高、回弹量大及化学活性强等特性使得钛合金成为典型的难加工材料。研究钛合金的切削机理、刀具磨损规律及切削加工的切削力的变化规律及切削振动,对于优化钛合金加工参数库及开发新型的刀具都有重要意义。
1 钛合金切削实验
1.1 试验装置
试验使用CAK6150数控车床,采用株洲钻石刀具厂生产的机夹式外圆车刀,配套刀杆MCLNR2525M12, 固定在K I S T L E R 9 4 0 3型刀架内 。试验采 用瑞士KISTLER平板式测力仪,型号为Dynamometer Type9257B ,试验材料为TC4钛合金棒料,一端装夹在车床的三爪卡盘内,另一端钻中心孔,使用死顶尖辅助定位夹紧。图1为切削试验装置,应用该装置主要进行刀具磨损实验及切削参数对切削力影响实验。
1.2 切削振动信号的产生
应用上述装置进行切削参数对切削力影响实验。切削过程中切削力出现异常,工件已加工表面变差,图2为切削参数(nw=236r/min,ap=0.1mm和f=0.1r/min)时车削加工钛合金测得的切削力信号时域图。从图可以看出,工艺系统产生了振动,特别是在主切削力方向上振动更为明显,幅值较大。
2 切削力信号小波分析及功率谱分析
2.1 切削力信号的小波分析
图2为上述切削条件下采集到的三个方向上的切削力信号,可以看出,主切削力方向振动最为明显,而且在切削前和切削后都有一定程度的振动,为振动的主方向,切削时引起工艺系统其他方向的振动,本文以主切削力为例,来研究切削系统振动情况。
应用选定的d B2小波对切削力信号进行9层分解, 采样频率为2000Hz,奈奎斯特频率为1000Hz,取奈奎斯特频率作为切削力信号的最高频率,分解后各逼近部分和细节部分的频率为Ai:(0,1000/2i);Di: (1000/2i ,1000/2i-1)其中i=1,2,3,…,9。图3是切削力信号小波系数分解图,图中D1~D9是细节部分的小波系数,A9是近似部分的小波系数,即稳态切削力小波系数。可以看出D7~D9细节部分的小波系数不同于D1~D6,具有周期性,频率在1.953Hz~15.625Hz之间, 为低频的周期信号。利用小波系数D7~D9重构低频振动的动态切削力信号。图4为重构的动态切削力信号时域图,可以看出振动信号在切削阶段幅值恒定,具有强迫振动信号的特征[2]。
2.2 重构动态切削力信号功率谱分析
为了确定重构的动态切削力信号的具体频率,利用分段的周期图法求出信号的功率谱如图5所示,从图中可以看出重构的动态切削力信号的主要频率有3.91Hz、13.67Hz、27.34Hz和35.17Hz,这些频率具有近似的倍频关系,基频为3.91Hz。
3 切削振动类型的诊断及产生原因
由前述的切削条件可知,主轴的转速为236r/min, 主轴的转动周期为T=60/236=0.2542s,主轴旋转的频率为f=1/T=3.93Hz,这与重构的动态切削力信号的振动频率3.91Hz非常接近。对其他切削参数下振动的切削力信号及同速度下的空载信号进行同样的分析研究发现,重构动态切削力信号的振动频率与该参数下主轴的旋转频率一致,结合重构的动态切削力波形特征,确定工艺系统产生强迫振动。
强迫振动的振源有机内振源和机外振源。通过现场观测排除机外振源的可能。检查尾座,结果发现空载时尾座顶尖部分有轻微的振动,切削加工时,振动更为明显。为了进一步确定振源,分别采集了工艺系统有尾座顶尖时空载切削力信号和没有尾座顶尖时空载切削力信号,结果对比发现,有尾座顶尖辅助夹紧时,空载切削力信号有明显的低频振动信号,没有尾座顶尖辅助定位夹紧时,空载切削力信号为随机振动信号,可以初步诊断尾座顶尖的使用是振动产生的原因。
由图1可知,该试验系统采用三爪卡盘和顶尖装夹,但卡盘没有内装限位支撑,且试验样件在制作时没有考虑台阶限位面,钛合金加工时,回弹较大,为了减小对后面的摩擦与挤压,减小后面的磨损,提高刀具的使用寿命,一般采用较大的主偏角,本试验刀具主偏角Kr=95,这样切削加工时,轴向分力较大,工件在切削力的作用下产生轴向位移,而车床后尾座顶尖为死顶尖,不能及时补偿产生的位移误差,从而造成顶尖与中心孔的配合出现松动。另外卡盘与顶尖的中心线与工件中心孔的中心线是否同心,不同心高速旋转时就会产生不平衡离心力,因此,轴向定位不准确和不平衡离心力可能是钛合金试件加工过程中产生振动的主要原因。
针对以上分析,对钛合金试件进行修善,首先在装夹的一端车出台阶限位面,防止工件在轴向切削力的作用下产生轴向位移,确保轴向定位准确。其次,在进行切削试验的车床上重做中心孔,确保两者的同轴度误差尽可能的小。然后测量空载及切削时切削力信号,低频的振动信号消除,切削过程比较稳定,确保了试验数据的准确性。
4 结束语
通过对钛合金振动切削力信号进行小波分析和功率谱分析研究,可以得出:
1)钛合金车削工艺系统产生了强迫振动。
数控车床的切削振动分析与控制方案 篇6
关键词：数控车床,切削振动,控制方案
1 引言
在数控车床切削加工过程中，常常会发生振动，振动破坏和干扰了正常的切削加工，使工件表面质量恶化，产生明显的表面振纹，工件的粗糙度增大，这时操作者通常会采取降低切削用量的方法，由此又导致加工效率大大降低。如果在强烈振动的时候，车刀又非常容易崩刃，无法正常地进行切削加工。由于振动，造成数控车床和刀具磨损加剧，缩短了机床和刀具的正常使用寿命。振动同时还会伴随着噪音，使工作环境恶化。
2 数控车床切削振动的分类
数控车床振动大致可分为强制振动和自激振动。
2.1 强制振动
这是因断续切削而导致的强制振动或者是因转动零件有瑕疵而造成的振动，一般常见的因轴承损坏而造成的异音、齿轮啮合不佳、工件夹持不佳、主轴摆幅过大等现象皆属此类。这类问题中，断续车削属于加工技术问题，而零件瑕疵既大部份来自于工具机的装配技术及其关键零组件的质量控制不佳，而且也与机台结构设计理念有关。其振动的特性与转数的大小有直接的关联。
2.2 自激振动
在切削加工时，具有周期性的工作凹凸不平特性，并造成周期相位的少许错开而又反复重迭的再生效果所产生的影响一般可称之为“共振”，其主因来自于工具机结构的自然频率受到激发或者是工件夹持系统的自然频率过低而受到激发所引起。由于结构的自然频率只随夹持或固定方式的改变而改变，因此振动发生时，改变切削条件(如改变转速)往往可以改善切削振动，然而在某些无法改变切削速度的场合(如攻螺纹或切削某些材质时)，往往只有借助于夹持方式的变更，甚至于改变刀具或刀具固定方式才能解决这类问题。
3 数控车床切削振动原因分析
找到数控车床切削产生振动的原因，并加以排除或控制，是有效解决数控车床切削振动的主要途径。
3.1 机内振源
机内振源是指由机床本身的工艺系统造成的振动。比如数控车床上各个机械部件的振动包括运转部件不平衡引起的振动：如传动皮带轮、机床主轴、卡盘和工件旋转过程中的不平衡引起的振动;机械传动部件引起的振动：如主轴箱中的齿轮啮合时的冲击力，卸荷带轮把径向载荷卸给箱体时的振动，三角皮带的厚度不均匀，皮带轮老化松动等;机床在进行断续切削加工时对工艺系统的冲击振动：如切削带有键槽的工件表面时循环冲击载荷引起的振动等。
3.2 机外振源
机内振源是指由机床外部的一些振动干扰源造成的振动。比如其它大型冲击设备、锻压设备、火车、高频振源等通过地基等介质传递给车床的振动。
3.3 数控车床较容易产生切削振动的场合
(1)细长轴类零件的车削。
(2)薄壁类零件的车削。
(3)箱体类零件(如钣金焊接结构件)车削。
(4)超硬材料的切削。
(5)数控机床轴承已受损但仍继续切削等。
(6)数控系统中与切削运动控制相关的参数设置不当。
除了上述场合以外，在数控车削时选择的切削用量过大、主切削力的方向、车刀的几何角度的选择不当等也可能产生切削振动。
4 数控车床切削振动的控制方法
根据数控车床切削振动形成的原因，笔者总结了一套可应用于加工现场中的实用而有效的控制方法：
(1)根据数控车床加工的对象和切削工序，尽量选择合适的切削用量，即最适当的切削速度、背吃刀量和进给速度。
(2)针对一些细长轴类零件在加工中振动较大问题，应对其工艺系统进行一些改进，如安装中心架、跟刀架或者设计专用夹具等。
(3)提高切削工艺系统的刚性，例如使用弹性系数较高的刀杆或专用的抗振刀杆，如整体硬质合金的刀杆。
(4)若机床的振动是由机外振源引起的，在设备的选址安装时应尽量远离这些振动干扰源，或者采取一些隔振措施减少振源对车削加工的干扰。比如在机床与振源之间挖防振沟，或者将数控车床放置在防振地基上等。
(5)提高车床传动的制造精度。如将变速机构中齿轮啮合的制造精度提高，可以减少因齿轮啮合传动而引起的振动。
(6)排除外部的一些因素后，还需考虑数控车床的数控系统中与切削相关的参数设置是否正确，这一般要请专业的数控系统维修技术人员来操作。
5 结语
本文主要分析说明了数控车床产生切削振动的可能原因以及解决的方法。数控机床是机械、电气、液压等各项技术高度结合的机床设备，因此分析解决切削振动时，应该从各个方面统筹考虑，才能有效解决实际问题。切削振动可能既有机床机械部件的原因、加工工艺系统的原因以及机床控制核心数控系统的原因等等多方面共同作用下产生的，而且很难具体地说清楚是由某一个原因引起振动，那么就要进行多方面的探讨与论证，并耐心细致地分析和诊断，找出振动根源。若振动的根源是多种因素共同作用下造成的，只有采取综合的排除方法才能解决。
参考文献
[1]赵长明,刘万菊.数控加工工艺及设备[M].北京:高等教育出版社,2008.
[2]孙胜.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,1992.
切削振动 篇7
众所周知, 结构较微小的零件, 呈现不规则的形状, 其表面很小, 对其要求的表面质量也高, 由于所用的是比较特殊的材料, 因此加工工艺复杂。加工这种高要求、高精度的零件, 一般采用新型的精密加工技术或高精密机床。对于加工精密的零件, 过去大多数的加工都是采用普通加工的办法, 即车削、铣削等。为了提高工件的精度, 往往通过提高机床精度来实现。但是诸多整体因素影响着机床精度的提高, 譬如光栅、装配精度、电机等。对于刀具而言, 采用普通的加工方法, 刀具的使用寿命较短, 刀具易磨损, 加工的效率严重降低, 加工的成本增加。由此可见, 结构精密的微小零件, 采用普通的加工方法会受到很大的限制。目前, 对于加工微结构的技术方面的工业需求, 普通的切削技术加工方法无法满足该需求。
1 采用椭圆振动切削技术的原理
椭圆振动切削是在普通切削的基础上, 在外部振动作用下, 刺激刀具, 对刀具进行一定振幅和频率的刺激, 这种刺激是有周期性的, 刀具将产生周期性的振动。在刀具进给方向和切屑流出方向形成的正交平面内, 给刀具施力, 使刀具进行振动, 即二维的椭圆振动。椭圆振动切削技术使工件和刀具间的切削成为间断性的, 让其之间的接触与分离发生周期性的变化, 极大地提高了切削效果。在椭圆振动切削的过程中, 刀具与工件可以连续地接触、分离, 因为在切削的过程中, 进给速度小于刀具的椭圆的旋转速度, 刀具是沿椭圆路径进行切削的。切削的过程有四个步骤:1) 刀具和工件接触;2) 刀具切入工件, 和普通的切削过程一样;3) 工件和刀具的瞬间分离, 这是有别于普通的切削过程, 椭圆振动切削, 是将刀具沿椭圆路径向上运动, 同时与工件分离;4) 刀具和工件的完全分离并一直到下一个切削过程开始的位置, 再次进入切削的下一个周期。目前, 二维椭圆振动的实现有一个重要前提条件, 即椭圆振动的两个正交方向有基本一致的谐振频率, 在国内外, 椭圆振动装置通过换能器的形状, 设计超声变幅杆以及改变其形状因素等方法实现这个前提条件, 在外界振动信号激励作用下, 由两个谐振耦合, 二维椭圆振动由此实现。
2 分析切削的实验结果
切削多弱刚度零件采用超声波振动切削是首选。为了对此结果进行验证, 在条件相同的情况下, 加工实验用的都是弱刚度悬臂零件, 分别采用椭圆振动切削方法和普通切削的方法, 将在加工过程中两组零件受到的切削影响进行对比分析。切削条件为:主轴转速为90 r/min、切削深度为0.05 mm、进给量为0.025 mm/r, 刀具前角为5°, 主后角为13°, 副后角为8°, 副偏角为25°、65°, 刀尖圆弧半径0.1 mm, d1=16 mm, d2=45.5 mm, L1=53 mm, L2=94 mm;45 钢作为切削工件材料, K10 作为刀具材料。超声波椭圆振动参数如下:频率19 k Hz、振动轨迹为圆半径R=4 μm。实验在普通机床上, 用超声波椭圆振动系统进行。切削实验装置如图1 所示。
图2 是采用普通切削和椭圆振动切削的效果。从图中可以看到, 采用普通切削的工件表面十分粗糙, 测得的粗糙度大约为Ra15 μm, 相对于普通切削, 采用椭圆振动切削, 切削的表面则非常光滑, 测得的粗糙度大约为Ra1 μm。由于采用普通切削方法发生颤振, 使得已加工表面产生振动条纹, 而且此条纹很明显, 降低了已加工工件表面质量。相对于普通切削方法, 采用椭圆振动切削的工件表面, 显示出切削刀片, 非常清楚地就可以看到, 明显提升了工件已加工表面的表面质量。
3 切削理论分析
普通的切削是一维振动切削, 即:切削加工过程中, 工件已加工的表面和刀具发生摩擦, 而且摩擦的频率很高, 在摩擦过程中, 刀具很易疲劳, 因为在此过程中, 刀具不断承受压应力及拉应力, 且周而复始, 有周期性, 所以刀具的使用寿命减短。椭圆振动切削是二维振动切削, 即:切削加工过程中, 对刀具进行一定激发办法, 在切削时, 刀具是沿着椭圆的形状运动的, 也就是我们所说的二维方向上的振动。和普通的切削相比, 刀具的后刀面和工件已加工面发生高频率的摩擦这个问题, 在理论上椭圆振动切削技术可解决。同时, 椭圆振动切削技术可以将摩擦产生的热量降低, 降低平均的摩擦力, 也有利于排除切屑, 原因是采用椭圆振动切削技术, 使刀具的前刀面与切屑之间的摩擦力呈现反向。不但如此, 椭圆振动切削过程中, 刀具在切削中也不易产生疲劳, 因为此方法刀具与工件的接触和分离在两个方向上发生周期性变化, 是一个二维的分离过程, 在切削过程中, 润滑和冷却作用也更加明显, 提升了切削的效果。通过切削的实验, 得出的实验结果和理论分析结果是一致的, 所以针对刚度弱的零件, 采用超声波椭圆振动切削, 由于切削加工的稳定性, 可以大幅度提高工件的表面质量。
采用普通的切削方法, 切屑的分离是受影响的, 因为切屑沿着刀具前刀面向上与工件脱离, 这时, 工件会受到前刀面施加的摩擦阻力。采取椭圆振动切削, 刀具的速度变化是周期性的, 刀具是向上运动的, 刚开始时, 切屑向上的运动速度比刀具向上运动的速度快, 随着速度的不断提高, 刀具和切屑之间相对运动速度逐渐变小, 所以, 大幅度降低了对切屑的摩擦反力, 慢慢地, 切屑向上的运动速度与刀具向上运动的速度达成一致, 此时, 刀具对切屑没有了摩擦, 然而刀具向上振动的速度不断地加大, 直到刀具向上的运动速度比切屑向上运动的速度快, 刀具向上的运动, 发生了相反方向的摩擦力, 即:前刀面与切屑之间的摩擦力方向反向, 使切屑向上运动被带动起来, 这样, 对切屑的排出更有利。在完整的切削过程中, 反向的摩擦力减小了摩擦力的平均值, 摩擦产生的热量也随之减少, 延长了刀具的使用寿命, 刀具的磨损程度得到降低, 同时也减少了摩擦损耗。
椭圆振动切削是在普通切削的基础上, 在外部作用下刺激刀具, 对刀具进行一定振幅和频率的刺激, 这种刺激是有周期性的, 刀具将产生周期性的振动。对频率、振幅等相关参数进行调节, 刀具呈椭圆形的振动轨迹。
4 结语
综上所述, 椭圆振动切削技术是一个新型的切削技术, 是在传统切削的基础上, 继承了其优点, 对其切削的本质原理 (传统切削的成本高, 切削加工质量低、加工效率低) 等进行改善, 可达到工件的精密加工。其实质是让刀具形成自主的一个二维的椭圆微振动。所以, 在加工精密的工件, 即微小结构的零件时, 椭圆振动切削技术被广泛运用。此技术的实施也促进了我国精密加工领域的发展。同时, 较普通切削技术, 大幅度提升了切削刚度, 增强了超声波椭圆振动切削的绝对稳定性, 因为超声波椭圆振动切削有两大特性, 即:分离特性和反转特性, 对精密切削加工弱刚度零件也很有价值。
参考文献
[1]肖华, 李勋, 张德远.天然金刚石刀具单激励超声椭圆振动车削[J].航空制造技术, 2007 (9) :81-84.
[2]唐军, 赵波.超声波椭圆振动加工技术的研究进展[J].金刚石与磨料磨具工程, 2014 (1) :70-78.
[3]马春翔, 胡德金.超声波椭圆振动切削技术[J].机械工程学报, 2003 (12) :67-70.
[4]肖华, 李勋, 张文全, 等.实用化振动切削技术——椭圆振动车镗工艺及装备[J].新技术新工艺, 2006 (12) :36-37.
[5]张鹏, 国兴玉.椭圆振动研磨光整技术研究[J].机床与液压, 2009 (5) :64-65.
[6]王桂林, 李文, 段梦兰, 等.超声椭圆振动车削的切削特性[J].中国机械工程, 2010 (4) :415-419.
[7]王桂林, 段梦兰, 张德远.高频超声椭圆振动精密切削[J].制造技术与机床, 2010 (3) :53-56.