切削系統刀尖點動力學行為分異特征研究

馬維貞，胡騰

（西南石油大學 機電工程學院，成都 610500）

切削系統（工件-刀具）在實際加工過程中發生的顫振現象是造成加工質量低、生產效率低和加工成本高等的主要因素之一[1-4]。穩定性葉瓣圖表現了主軸的轉速與極限切削深度的關系，加工過程中通過選擇合適的轉速從而避免顫振的發生[5]。切削系統的動力學參數作為穩定性葉瓣圖繪制過程中的重要輸入變量，會直接影響切削系統的穩定性[6]。由于陀螺力矩、離心力、軸承熱預緊等高速效應的存在，在高速銑削過程中切削系統刀具的動力學行為將隨著轉速的變化而產生分異，從而改變整個系統切削系統的穩定性。因此，在高速銑削加工過程中，如何準確的獲取切削系統中刀尖點隨轉速分異的動力學參數對避免顫振現象的發生具有重要的意義。

針對刀尖點動力學特性及其影響因素，國內外學者進行了較深入的研究。Iglesias 等[7]僅基于輸出響應數據，對刀尖點動力學行為進行了準確的預測。Matsubara 等[8]采用沖擊試驗測量旋轉時的頻響函數，提出了一種在主軸轉速變化時頻響函數的預測方法。劉宇等[9]基于導納綜合法，給出了立銑加工刀尖點動態特性的預測方法；Cao 等[10]通過對高速主軸進行動力學建模，提出了一種獲得與速度相關的刀尖點頻率響應函數的方法。

不難看出，現階段針對運行狀態下切削系統動力學行為的研究主要借助實驗檢測或數字化分析。對于以實驗研究為主要手段的方法[7-8]而言，避免了復雜的理論建模，但由于測試設備昂貴導致實驗成本過高，并不利于企業開展現場應用；……