航空機(jī)械加工弱剛性零件定義

導(dǎo)語：航空機(jī)械加工弱剛性零件定義一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

在航空領(lǐng)域中，大型薄壁類高強(qiáng)度合金已得到廣泛應(yīng)用。在實際加工中，這類零件中經(jīng)常要反面加工，但由于某個方向的尺寸較其它方向的小，剛性不足，在加工過程中會出現(xiàn)跳刀、顫振[1]等現(xiàn)象，造成刀具崩刃或者損壞機(jī)床主軸[2]，以及零件表面粗糙度過大，加工誤差大。因此在實際加工時，往往要加支撐來增強(qiáng)待加工部位的剛性，但判斷是否要加支撐（或剛性不足）往往是在加工完成后，對零件進(jìn)行檢測時才能判斷，要在加工前就知道零件在加工過程中是否剛性不足，即零件是否為弱剛性零件，現(xiàn)在還沒有一個準(zhǔn)確的定義。中國工程物理研究院的李尚政提出了弱剛度件的特點是：①剛度差，易變形；②精度要求高，關(guān)鍵部位精度要求達(dá)到IT5一IT7級。按其形狀一般可分為五大類：桿類：以細(xì)長軸為主；盤類：含薄片、空心盤等；短筒類：包括長徑比小于0.5的各種筒體、法蘭、中空殼體等；長筒類：指長徑比大于0.5的各種筒體、中空殼體等；半球殼類：含各種球殼、非球殼體。但他所說的桿類、盤類、短筒類、長筒類、半球殼類弱剛度件零件，只對其特點、分類做了簡單說明，但并沒有弱剛性的相關(guān)定義[3]。本文將從生產(chǎn)車間實際對弱剛性零件加工時產(chǎn)生的現(xiàn)象入手，結(jié)合原理分析，對弱剛性進(jìn)行定義。

2工廠實際加工現(xiàn)象分析

（1）顫振。顫振機(jī)理：在銑削加工薄壁件時( 以加工側(cè)壁為例)，由于工件和刀具的彈性變形，在動態(tài)銑削力的作用下，同一軸線上不同高度位置處的切削厚度并不相同，有的位置過切，有的位置刀具與工件分離，并未參與切削，這樣造成加工表面產(chǎn)生振紋。隨著切削的進(jìn)行，下一刀齒會在前一刀齒產(chǎn)生的振紋處切削，這樣，切削厚度不斷變化，動態(tài)切削力隨之不斷改變，使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動。如圖2.2所示，當(dāng)相鄰刀具波形軌跡同相位時切削厚度不產(chǎn)生變化，不會產(chǎn)生振動，而當(dāng)波形軌跡不同相位時，會產(chǎn)生顫振[1]。航空機(jī)械加工領(lǐng)域的弱剛性零件定義劉甫州,鄧秋生,陳城,郝小忠(南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院,南京211106)摘要：航空機(jī)械加工領(lǐng)域中的弱剛性零件加工問題一直是行業(yè)內(nèi)的焦點，在對弱剛性零件加工時，會發(fā)生由相對位移因周期激勵的原因急劇增長所引起的跳刀現(xiàn)象，從而影響加工質(zhì)量，甚至引起刀具破損，極大的影響加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前工廠對于弱剛性零件的判斷主要依賴于加工人員的經(jīng)驗，而對弱剛性零件缺少一個明確的定義，從而對弱剛性零件的定位支撐方案的選擇造成了困難，鑒于此，本文從生產(chǎn)車間實際對弱剛性零件加工時產(chǎn)生的現(xiàn)象入手，結(jié)合原理分析，對弱剛性零件進(jìn)行定義，以減少上述問題的發(fā)生。關(guān)鍵詞：航空；機(jī)械加工；弱剛性DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.012引起跳刀的原因有很多，主軸或機(jī)床的自由振動、強(qiáng)迫振動、自激振動（顫振）等振動和零件的一些因素（如零件表面凹凸不平等）都會引起跳刀現(xiàn)象，而引起機(jī)床或主軸振動的原因又各種各樣。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，在機(jī)械加工產(chǎn)生的振動比率中，強(qiáng)迫振動約占30%，自激振動約占65%，而自由振動只占5%左右[5-6]，并且其振動通常情況下迅速衰減，對機(jī)械加工過程的影響極小。而其他類型的振動不能自然衰減，危害很大。可以這樣說，引起跳刀現(xiàn)象的主要是顫振。

3機(jī)械振動力學(xué)分析

顫振分析：研究車刀作自由正交切削的情況,此時車刀只作橫進(jìn)給運動fz,車刀切削的是前一轉(zhuǎn)留下的表面,如圖所示:圖2.1振紋示意圖圖2.2（2）跳刀。跳刀是機(jī)械加工中由振動引起的刀具假定切削過程受到前一瞬時的偶然性擾動,于是刀具與工件便會發(fā)生相對振動自由振動,振動的幅值將因為有阻尼存在而逐漸衰減。此種振動當(dāng)然會在加工表面上留下一段振紋,如圖中的圖所示。當(dāng)工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后,如圖中的所示,刀具便會在留有振紋的表面上重復(fù)切削,此時切削厚度將發(fā)生波動,這就有動態(tài)切削力產(chǎn)生。如果各種條件的匹配是促進(jìn)振動的,那么便會進(jìn)一步發(fā)展到圖中所示的持續(xù)顫振狀態(tài)。圖3.3表示的是前后兩轉(zhuǎn)的切削情況[4] 。通常后一轉(zhuǎn)切削的振紋與前轉(zhuǎn)切削的振紋總不會同步,他們在相位上總有一個差值ψ，設(shè)本轉(zhuǎn)切削的振動運動為:則上轉(zhuǎn)切削的振動運動為:由于切削厚度變化產(chǎn)生的動態(tài)切削力:式中,b為切削寬度,欠為單位切削寬度上的切削剛度考慮到刀具退離工件切削力要減小,故在動態(tài)切削力的公式中加了負(fù)號。在振動的一個周期內(nèi)動態(tài)切削力所作的功為:當(dāng)0<ψ<π，E>0,外界有能量輸入振動系統(tǒng)。當(dāng)π<ψ<2π,E<0時,振動系統(tǒng)消耗能量。上述分析表明,當(dāng)后一轉(zhuǎn)的振紋滯后于前一轉(zhuǎn)振紋的角度ψ在0°~180°范圍內(nèi)時,加工系統(tǒng)將有持續(xù)的顫振產(chǎn)生,這種由于前轉(zhuǎn)切削留下的振紋而引起的自身振動簡稱為再生型顫振。

4結(jié)論

零件的弱剛性誕生于機(jī)械加工過程中，根據(jù)加工經(jīng)驗來判斷，沒有形成具體的定義，從而導(dǎo)致待加工零件是否為弱剛性零件，是否需加支撐的不確定性。本文從航空工業(yè)弱剛性零件加工過程中所出現(xiàn)的特有的顫振、跳刀現(xiàn)象著手，簡單分析了顫振原理及有關(guān)跳刀的描述，同時對顫振進(jìn)行了振動學(xué)分析。可以簡單的定義弱剛性零件：在加工過程中所伴有的特殊的加工現(xiàn)象-顫振、跳刀的一類零件。弱剛性件并不是所有的剛性都很弱，而是某一個或兩個剛性方向弱，其余剛性則正常。

參考文獻(xiàn):

[1]梁巖里.薄壁件銑削加工顫振控制研究[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù),2012(04).

[2]路遠(yuǎn)東.鈦合金弱剛性結(jié)構(gòu)件銑削加工穩(wěn)定性研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2011(01).

[3]李尚政,劉宏,張日升.弱剛度件精密加工技術(shù)研究[J].機(jī)械制造,2002,40(459):33-35.

[4]朱帥.微細(xì)銑削加工顫振系統(tǒng)動力學(xué)分析及銑削過程仿真[D].吉林：吉林大學(xué),2011(04).

[5]蒲筠果,吳勝強(qiáng),馬雪方.數(shù)控銑床刀具徑向跳動處理方法[J].邢臺：河北邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2007(10).

[6]梁建軍.關(guān)于機(jī)械加工過程中的機(jī)械振動的研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(19).

作者:劉甫州 鄧秋生 陳城 郝小忠 單位:南京航空航天大學(xué)