9、机械加工中的振动与刀具定位精度研究

机械加工中的振动与刀具定位精度研究

1. 薄壁套筒铣削振动问题

1.1 问题描述

在使用 RBH BCF3028S32 - 160 球刀和 ZCET 150CE 可转位刀片对薄壁套筒进行铣削加工时，使用的设备是 Akira Seiki Performa v4 XP 4 轴加工中心，工件为 SP28 钢级的薄壁壳。当前采用定心芯轴铣削套筒上的圆角，套筒两端与芯轴的圆柱肩对齐，但存在一些问题。套筒的一根肋位于芯轴主体上，另一根未牢固连接，其径向位置取决于螺柱精度和螺柱到塞子的距离，且套筒中间部分缺乏支撑。这导致在铣削载荷作用下，套筒壁产生局部弹性变形，引发强烈振动，降低了表面光洁度。加工后的非刚性套筒照片显示，刀具和工件振动产生了刀痕，最大表面粗糙度 Ra 达到 11.9 µm，超过了要求的 6.3 µm。

1.2 理论分析

在铣削过程中，确保固有频率与铣刀齿切削频率不同至关重要。为检查是否可能发生共振，研究了壳体的固有频率。根据有限元法（FEM）概念，将工件划分为多个单元，关键的有限元位移方程以矩阵形式表示为：
[m_e\ddot{q}_e + c_eq_e + k_eq_e = f_e]
其中：
- (m_e = \int_v [N]^T\rho[N]dv) 是有限元质量矩阵
- (c_e) 是有限元阻尼矩阵
- (k_e) 是有限元刚度矩阵
- (f_e) 是有限元节点力向量
- (q_e) 是有限元节点位移向量
- ([N]) 是有限元形状函数
- (\rho) 是密度
- (c) 是阻尼比

表 1 列出了最佳结果：
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