摘 要：本文通過采集刀具與機(jī)床模態(tài)信號、進(jìn)行模態(tài)分析、動(dòng)力學(xué)仿真與優(yōu)化技術(shù)，來獲得鋁合金高效切削參數(shù)。通過切削參數(shù)的實(shí)際應(yīng)用，提高了加工效率，縮短加工周期，降低制造成本。

關(guān)鍵詞：高效加工；切削參數(shù)；動(dòng)力學(xué)仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.021

1 引言

在實(shí)際生產(chǎn)中鋁合金高效加工效率和優(yōu)勢遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來，合理的切削參數(shù)是提高數(shù)控機(jī)床應(yīng)用技術(shù)水平和綜合效率最為直接的方法，數(shù)控加工過程仿真優(yōu)化技術(shù)是獲取優(yōu)化切削參數(shù)的最佳途徑，通過數(shù)控加工過程仿真優(yōu)化技術(shù)確定高效加工切削參數(shù)，經(jīng)過實(shí)際加工過程驗(yàn)證，建立切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫，對提高加工效率，縮短加工周期，降低制造成本有重要實(shí)際意義。

2 應(yīng)用研究內(nèi)容

本研究項(xiàng)目以數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)特性信號采集系統(tǒng)、動(dòng)力學(xué)特性分析系統(tǒng)、優(yōu)化系統(tǒng)為平臺(tái)，數(shù)控加工切削參數(shù)包括軸向切削切深ap、徑向切削寬度ae、機(jī)床主軸轉(zhuǎn)數(shù)S、進(jìn)給速度F等，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，機(jī)床選擇C800U高速加工中心，刀具選擇φ8合金銑刀，銑刀齒數(shù)3，刀具圓角R0.2，有效懸長30mm；加工材料為鋁合金2A12 T4，徑向切削寬度分別為2mm、4mm、6mm和8mm，銑削方式為順銑，采用水冷。

2.1 動(dòng)力學(xué)仿真

通過采集刀具與機(jī)床模態(tài)信號、進(jìn)行模態(tài)分析、動(dòng)力學(xué)仿真與優(yōu)化技術(shù)，以確定機(jī)床-刀具系統(tǒng)在特定加工環(huán)境下的顫振穩(wěn)定域。仿真結(jié)果的顫振穩(wěn)定域圖如圖1所示。根據(jù)曲線可以確定非穩(wěn)定切削區(qū)域與穩(wěn)定切削區(qū)域，其中曲線下方為穩(wěn)定切削區(qū)域，上方為非穩(wěn)定切削區(qū)域，曲線周圍為穩(wěn)定與顫振臨界狀態(tài)。

由此由圖1可看出，隨著切寬變化時(shí)，切削穩(wěn)定的區(qū)域會(huì)變化，當(dāng)切寬增大或減少，相應(yīng)的切削穩(wěn)定的區(qū)域會(huì)增大或減少；當(dāng)切寬一定時(shí)，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速取波峰上的最大值時(shí)，穩(wěn)定的切深最大，這樣可以提高加工效率。

2.2 切削參數(shù)驗(yàn)證

以顫振穩(wěn)定域?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)如圖1所示，以刀具切削寬度8mm為例，根據(jù)顫振穩(wěn)定域圖選擇切削參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，這樣可以使優(yōu)化所得到的參數(shù)符合實(shí)際生產(chǎn)需要。試切點(diǎn)選擇如圖2所示。

根據(jù)選取的試切參數(shù)和試切點(diǎn)進(jìn)行試切，試切情況見表1。

由試切情況得出如下結(jié)論：A點(diǎn)在非穩(wěn)定切削區(qū)域，發(fā)生嚴(yán)重顫振；C點(diǎn)、D點(diǎn)在顫振臨界狀態(tài)，切削過程不穩(wěn)定，容易發(fā)生顫振；B點(diǎn)在穩(wěn)定切削區(qū)域，切削穩(wěn)定，切削效果好。

穩(wěn)定域曲線是理想情況下的切削參數(shù)，特別的針對切削深度，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，切削深度需根據(jù)理論深度作相應(yīng)的調(diào)整；考慮到工件動(dòng)態(tài)特性的影響，應(yīng)對工件中弱剛性部分采集刀具與機(jī)床模態(tài)信號，進(jìn)行機(jī)床—刀具系統(tǒng)的動(dòng)力仿真，選擇切削參數(shù)時(shí)，要注意控制切削力，以防止零件變形。

現(xiàn)場加工切削參數(shù)與根據(jù)顫振穩(wěn)定域圖所得切削參數(shù)數(shù)據(jù)對比如表2所示：

由以上表格中的數(shù)據(jù)可以看出，材料去除率提高了（29120-20000）/20000=45.6%。

3 實(shí)際應(yīng)用

在實(shí)際高效加工中，以加工外殼零件（見圖3）為例，采用本研究項(xiàng)目研究方法，在實(shí)際驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，確定加工該零件刀具的切削參數(shù)，采用這些切削參數(shù)加工，高效加工的單件加工時(shí)間從6.5小時(shí)縮短為4.1個(gè)小時(shí)，提高效率37%，零件加工質(zhì)量穩(wěn)定。

4 結(jié)論

根據(jù)顫振穩(wěn)定域的分析和實(shí)際加工驗(yàn)證，通過調(diào)整切削深度、主軸轉(zhuǎn)速可以避免顫振的產(chǎn)生，獲得在不同條件下穩(wěn)定切削狀態(tài)下的最佳切削參數(shù)。通過高效加工切削參數(shù)研究與應(yīng)用，縮短了加工時(shí)間，提高了機(jī)床的利用率，達(dá)到降本增效的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]基于“X-CUT”數(shù)控切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床增效使能技術(shù)原理[M].北京：國防科技工業(yè)高效數(shù)控加工研究應(yīng)用中心，2010.

作者簡介：鄧集松（1977-），男，湖南邵陽人，碩士，高級工程師，主要從事精密機(jī)械加工技術(shù)工作。