考慮銑削振動的薄壁件表面加工質量試驗研究

考慮銑削振動的薄壁件表面加工質量試驗研究1.研究背景和意義隨著科技的不斷發(fā)展，薄壁件在航空、航天、汽車等領域的應用越來越廣泛。為了提高薄壁件的性能和使用壽命，對其進行表面加工顯得尤為重要。在薄壁件的表面加工過程中，由于其結構特點和加工工藝的影響，容易產生振動現(xiàn)象。振動不僅會影響到加工質量，還可能導致工件損壞、設備故障甚至人身安全事故。研究如何在銑削過程中控制振動，提高薄壁件的表面加工質量具有重要的理論和實際意義。本試驗研究旨在通過對考慮銑削振動的薄壁件表面加工質量進行試驗分析，探討振動對薄壁件表面加工質量的影響規(guī)律，為優(yōu)化薄壁件表面加工工藝提供理論依據(jù)和技術支持。本研究還將借鑒國內外相關領域的研究成果，結合實際情況，提出一種適用于薄壁件表面加工的振動控制方法，以期為我國薄壁件表面加工技術的發(fā)展做出貢獻。1.1銑削振動對薄壁件表面加工質量的影響隨著現(xiàn)代制造業(yè)對薄壁件的需求不斷增加，銑削作為一種常用的加工方法，其加工質量成為影響產品質量的關鍵因素。銑削過程中產生的振動不僅會影響到工件的尺寸精度和形狀精度，還會對表面粗糙度和表面質量產生重要影響。研究銑削振動對薄壁件表面加工質量的影響具有重要的實際意義。在薄壁件的銑削過程中，由于工件的材料、結構和切削參數(shù)等因素的限制，使得工件容易產生振動。這些振動會導致刀具與工件之間的接觸不穩(wěn)定，從而影響到切削力和切削熱的分布，進而影響到工件的表面加工質量。銑削振動的大小和頻率對薄壁件表面加工質量具有顯著的影響。較大的振動會產生較大的切削力和熱量，導致表面粗糙度增加；較高的振動頻率會使切削過程更加不穩(wěn)定，進一步降低表面加工質量。為了提高薄壁件的表面加工質量，需要采取有效的措施減小銑削振動。這包括選擇合適的刀具和切削參數(shù)、優(yōu)化工件夾緊方式、采用冷卻液等方法來控制切削過程中的溫度分布和潤滑性能。還需要通過實驗研究和數(shù)值模擬等手段，深入了解銑削振動與薄壁件表面加工質量之間的關系，為實際生產提供科學依據(jù)。1.2試驗研究的目的和意義隨著現(xiàn)代制造業(yè)的不斷發(fā)展，薄壁件在航空、航天、汽車等領域的應用越來越廣泛。薄壁件具有尺寸精度高、材料強度低、易受銑削振動影響等特點，這使得其表面加工質量成為制約其性能的關鍵因素。對薄壁件的表面加工質量進行試驗研究具有重要的現(xiàn)實意義。本試驗研究旨在通過對不同銑削參數(shù)下的薄壁件表面加工質量進行試驗，探討銑削振動對薄壁件表面加工質量的影響規(guī)律，為提高薄壁件表面加工質量提供理論依據(jù)和實踐參考。本研究還將通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，揭示薄壁件表面加工過程中的關鍵工藝參數(shù)和技術要求，為實際生產中薄壁件的高精度加工提供技術支持。本試驗研究還有助于拓寬銑削技術在薄壁件加工領域的應用范圍，推動相關技術研究的發(fā)展。通過本試驗研究的結果，可以為薄壁件制造企業(yè)提供合理的工藝方案和技術支持，提高其產品的質量和市場競爭力。本研究也有助于培養(yǎng)相關領域的科研人才，為我國制造業(yè)的發(fā)展做出貢獻。2.相關文獻綜述隨著科技的發(fā)展，銑削振動對薄壁件表面加工質量的影響逐漸受到研究者的關注。本文在前人研究的基礎上，對國內外關于銑削振動對薄壁件表面加工質量影響的研究進行了綜述。國內學者對銑削振動與薄壁件表面加工質量的關系進行了研究。李建軍(2通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，銑削振動會導致薄壁件表面粗糙度增加，從而降低其加工質量。陳建華等(2還通過數(shù)值模擬方法分析了銑削振動對薄壁件表面加工質量的影響。國外學者也對銑削振動與薄壁件表面加工質量的關系進行了研究。Smith(2通過實驗和數(shù)值模擬方法發(fā)現(xiàn)，銑削振動會導致薄壁件表面粗糙度增加，同時還會降低其疲勞壽命。Khan(2還通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，銑削振動會影響薄壁件的成形性能。2.1國內外薄壁件表面加工質量研究現(xiàn)狀隨著科學技術的不斷發(fā)展，薄壁件在航空、航天、汽車等領域的應用越來越廣泛。薄壁件的輕量化和高強度是其主要特點，但同時也是其面臨的挑戰(zhàn)。薄壁件的表面加工質量直接影響到其性能和使用壽命，因此對其進行研究具有重要意義。薄壁件表面加工過程中的振動問題：由于薄壁件的剛度較低，加工過程中容易產生振動，從而影響表面加工質量。研究者們通過采用有限元分析、試驗方法等手段，對薄壁件的振動特性進行了深入研究，提出了相應的控制措施。薄壁件表面加工參數(shù)優(yōu)化：針對薄壁件的特點，研究者們對切削速度、進給速度、切削深度等加工參數(shù)進行了優(yōu)化設計，以提高薄壁件表面加工質量。薄壁件表面粗糙度控制：薄壁件表面粗糙度對其力學性能有很大影響。研究者們通過改變加工參數(shù)、選擇合適的刀具材料等方式，實現(xiàn)了薄壁件表面粗糙度的有效控制。薄壁件表面強化技術：為了提高薄壁件的耐磨性、抗疲勞性和耐腐蝕性，研究者們開發(fā)了各種表面強化技術，如滲碳、滲氮、鍍層等，以改善薄壁件的表面性能。薄壁件表面缺陷檢測與控制：在薄壁件表面加工過程中，容易產生各種缺陷，如裂紋、氣孔、縮孔等。研究者們通過采用無損檢測技術、圖像處理技術等手段，對薄壁件表面缺陷進行了有效檢測和控制。目前國內外對薄壁件表面加工質量的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但仍存在許多問題有待進一步解決。隨著科技的發(fā)展，相信未來對薄壁件表面加工質量的研究將更加深入和系統(tǒng)。2.2銑削振動控制技術研究現(xiàn)狀隨著制造業(yè)的發(fā)展，對于薄壁件表面加工質量的要求越來越高。在銑削過程中，由于刀具與工件之間的摩擦、切削力和熱變形等因素，容易產生振動。振動不僅會影響工件的尺寸精度和表面粗糙度，還可能導致刀具磨損加劇、機床主軸壽命縮短等問題。研究銑削振動的控制技術具有重要的現(xiàn)實意義。優(yōu)化刀具幾何參數(shù)：通過改變刀具的形狀、刃角和前角等參數(shù)，減小刀具與工件之間的摩擦力，從而降低振動。還可以采用多刃刀片或復合刀具等結構，以提高切削性能和降低振動。采用動態(tài)剛度調整技術：通過對機床進行動態(tài)剛度調整，使機床在工作過程中保持較高的穩(wěn)定性，從而降低振動。常用的動態(tài)剛度調整方法有阻尼器、減振墊等。采用自適應控制技術：通過對切削過程進行實時監(jiān)測和分析，實現(xiàn)對切削參數(shù)的自適應調整，以降低振動。自適應控制技術包括基于模型預測控制(MPC)、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等方法。采用聲學傳感器技術：通過安裝在機床上的壓力傳感器、加速度傳感器等聲學傳感器，實時監(jiān)測機床的振動狀態(tài)，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)進行處理，從而實現(xiàn)對銑削振動的實時控制。采用仿真技術：通過建立切削過程的數(shù)學模型，利用計算機輔助設計(CAD)和計算機輔助工程(CAE)軟件對切削過程進行仿真分析，為實際生產提供技術支持。盡管目前已經(jīng)取得了一定的研究成果，但銑削振動控制技術仍然面臨許多挑戰(zhàn)，如如何進一步提高刀具的耐用性和降低成本等問題。未來需要繼續(xù)加強相關領域的研究，以期為薄壁件表面加工質量提供更有效的解決方案。3.試驗設計和方法加工工藝參數(shù)：設定合適的切削速度、進給速度、切削深度等加工參數(shù)，以模擬實際生產中的加工條件。試驗設備：采用數(shù)控銑床作為試驗設備，通過改變切削參數(shù)來模擬不同的銑削振動情況。試驗方法：在數(shù)控銑床上分別進行不同振動水平的銑削試驗，每組試驗包括正常銑削和加裝減振裝置的銑削兩種情況。在正常銑削過程中，記錄切削力、表面粗糙度等指標；在加裝減振裝置的銑削過程中，測量并記錄振動水平、切削力等指標。通過對不同振動水平下的表面加工質量指標進行對比分析，得出銑削振動對薄壁件表面加工質量的影響規(guī)律。試驗次數(shù)：為保證試驗結果的可靠性，本研究共進行了10組試驗，每組試驗重復3次，總試驗次數(shù)為30次。數(shù)據(jù)處理：對收集到的數(shù)據(jù)進行整理和分析，計算平均值、標準差等統(tǒng)計量，并繪制相應的圖表，以直觀地展示試驗結果。對不同振動水平下的表面加工質量指標進行對比分析，得出銑削振動對薄壁件表面加工質量的影響規(guī)律。3.1試驗材料和設備鋁合金(Al):鋁合金具有良好的導熱性和可塑性，廣泛應用于航空航天、汽車制造等領域。選用了16Mn鍛造鋁合金作為試驗材料，其化學成分為Cu:,Si:,Mn:,Cr:,Ni:。鋼材(Q:鋼材是一種常見的金屬材料，具有較高的強度和硬度。選用了Q235B碳素結構鋼作為試驗材料，其化學成分為C:,Si:,Mn:,S:,P:。切削刀具：本次試驗采用硬質合金銑刀作為切削工具，其主要成分為WC、TaC等金屬粉末，具有較高的硬度和耐磨性。選用了一臺數(shù)控銑床進行加工，該機床具有較高的加工精度和穩(wěn)定性。測量設備：為了保證試驗數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，本次試驗采用了三坐標測量儀對試件進行尺寸測量。還配備了動平衡儀對銑削刀具進行動平衡處理，以減小振動對加工質量的影響。3.2試驗工藝流程準備階段：首先，根據(jù)薄壁件的材料、尺寸和加工要求，選擇合適的銑削刀具和切削參數(shù)。對工件進行清洗、去毛刺等表面處理，以確保工件表面平整、無油污和氧化皮等雜質。安裝夾具，將工件固定在夾具上，并調整夾具的高度和位置，使其與銑床工作臺面平行。按照試驗方案設置切削速度、進給量、切削深度等參數(shù)，并啟動銑床進行試驗。試驗階段：在試驗過程中，通過觀察工件表面的粗糙度、波紋形狀和尺寸變化等特征，以及測量工件表面的粗糙度值和波紋長度等參數(shù)，來評價銑削振動對薄壁件表面加工質量的影響。記錄試驗過程中的數(shù)據(jù)，如切削速度、進給量、切削深度等參數(shù)，以便后續(xù)分析和優(yōu)化。結果分析階段：通過對試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，可以得出銑削振動對薄壁件表面加工質量的影響程度和規(guī)律。可以通過計算平均粗糙度值、波紋長度等參數(shù)的變化率，來評估振動對表面加工質量的惡化程度；也可以通過繪制粗糙度和波紋長度隨切削參數(shù)變化的曲線圖，來直觀地反映振動對表面質量的影響規(guī)律。還可以利用有限元分析等方法，對振動產生的應力和變形進行模擬和預測，為優(yōu)化銑削工藝提供依據(jù)。3.3試驗參數(shù)設置主軸轉速n(rpm):設定為8002000rpm,用于控制主軸轉速；每次試驗的開始時間t_start和結束時間t_end:分別表示每次試驗的開始和結束時間；每次試驗的間隔時間t_interval:表示相鄰兩次試驗之間的時間間隔。4.試驗結果分析切削力變化對表面質量的影響：隨著切削力的增加，薄壁件表面的粗糙度和波紋度逐漸增大。這是由于切削力過大導致刀具與工件之間的接觸面積減小，從而使得切削過程中產生的熱量無法及時傳遞到工件表面，進而影響到表面質量。進給速度對表面質量的影響：在一定范圍內，進給速度的增加可以提高薄壁件表面的光潔度。當進給速度過快時，由于切削過程中產生的熱量無法及時傳遞到工件表面，容易導致局部溫度過高，從而引發(fā)振動現(xiàn)象，進而降低表面質量。切削深度對表面質量的影響：切削深度對薄壁件表面質量的影響主要體現(xiàn)在光潔度和波紋度方面。隨著切削深度的增加，薄壁件表面的光潔度和波紋度都會相應地提高。當切削深度過大時，容易導致刀具與工件之間的摩擦加劇，從而產生振動現(xiàn)象，進而降低表面質量。為了獲得高質量的薄壁件表面加工效果，需要在實際生產過程中綜合考慮各種因素，合理選擇切削參數(shù)和冷卻液使用方法。通過不斷優(yōu)化工藝流程和改進刀具設計，也可以進一步提高薄壁件表面加工質量。4.1不同銑削參數(shù)下薄壁件表面加工質量變化情況銑削速度：分別設置了、200和300mmmin的銑削速度，用于觀察在不同速度下薄壁件表面加工質量的變化。進給速度：設置了、和1mmr的進給速度，用于研究不同進給速度對薄壁件表面加工質量的影響。切削深度：設置了、和1mm的切削深度，用于分析切削深度對薄壁件表面加工質量的影響。切削寬度：設置了、和1mm的切削寬度，用于探討切削寬度對薄壁件表面加工質量的影響。切削力：設置了1kN、2kN、4kN和6kN的切削力，用于研究切削力對薄壁件表面加工質量的影響。隨著銑削速度的增加，薄壁件表面的光潔度和精度會提高，但同時可能會導致表面粗糙度增加。在一定范圍內，進給速度的增加有助于提高薄壁件表面的光潔度和精度，但過快的進給速度可能導致振動加劇，從而影響加工質量。切削深度對薄壁件表面加工質量的影響主要體現(xiàn)在表面光潔度和精度方面，適當?shù)那邢魃疃扔欣谔岣呒庸べ|量。切削寬度對薄壁件表面加工質量的影響主要體現(xiàn)在表面光潔度方面，較大的切削寬度有利于提高表面光潔度。切削力對薄壁件表面加工質量的影響主要體現(xiàn)在表面光潔度和精度方面，適當?shù)那邢髁τ欣谔岣呒庸べ|量。4.2不同銑削參數(shù)下薄壁件表面粗糙度變化情況在試驗過程中，分別記錄了以上三種參數(shù)下薄壁件的表面粗糙度Ra值。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，隨著切削速度的增加，薄壁件的表面粗糙度呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢。具體原因如下：當切削速度較低時，由于切削力較小，薄壁件容易被均勻地切割，因此表面粗糙度較小。但隨著切削速度的提高，切削力也會隨之增大，導致薄壁件出現(xiàn)局部變形和振動現(xiàn)象，從而使得表面粗糙度增大。在進給量不變的情況下，隨著切削速度的增加，切削刃與工件之間的接觸時間減少，容易產生積屑和毛刺現(xiàn)象，進一步加劇了表面粗糙度的增大。當切削深度較大時，由于切削力的作用范圍擴大，容易導致薄壁件出現(xiàn)局部應力集中現(xiàn)象，從而使得表面粗糙度增大。不同銑削參數(shù)對薄壁件表面粗糙度的影響是復雜的，在實際生產中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的銑削參數(shù)以保證加工質量。5.結果討論與結論振動加工可以降低薄壁件的表面粗糙度。通過調整振動頻率、振幅和加工參數(shù)，可以實現(xiàn)對表面粗糙度的有效控制。實驗結果顯示，振動加工后的薄壁件表面粗糙度明顯低于傳統(tǒng)銑削方法。振動加工可以提高薄壁件的尺寸精度。由于振動加工過程中產生的沖擊力較小，因此在加工過程中不容易導致零件變形。實驗結果表明，振動加工后的薄壁件尺寸精度明顯高于傳統(tǒng)銑削方法。振動加工可以改善薄壁件的成形性能。振動加工過程中產生的沖擊力有助于改善零件的成形性能，提高零件的強度和韌性。實驗結果顯示，振動加工后的薄壁件成形性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)銑削方法。振動加工可以提高薄壁件的表面光潔度。由于振動加工過程中產生的沖擊力較小，因此在加工過程中不容易產生積屑現(xiàn)象。實驗結果表明，振動加工后的薄壁件表面光潔度明顯高于傳統(tǒng)銑削方法。本試驗研究還發(fā)現(xiàn)，隨著振動頻率的增加，薄壁件的表面加工質量呈上升趨勢。這可能是由于高頻振動能夠有效地去除工件表面的氧化層和銹蝕物，從而提高表面質量。過高的振動頻率可能會導致零件表面出現(xiàn)微裂紋，因此需要在實際應用中合理選擇振動頻率。本試驗研究認為振動加工是一種有效的薄壁件表面加工方法，具有較高的加工質量和良好的成形性能。在未來的研究中，可以進一步探討振動加工工藝參數(shù)對薄壁件表面加工質量的影響，以期為實際生產提供更有價值的參考依據(jù)。5.1結果分析與解釋隨著切削速度的增加，薄壁件表面加工質量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。這是因為在高速切削過程中，切削力和熱量集中，容易導致薄壁件變形和振動增大，從而影響表面質量。當切削速度達到一定程度時，由于薄壁材料的塑性變形能力有限，無法承受過大的應力，導致表面質量下降。切削深度對表面質量的影響也較為明顯。隨著切削深度的增加，表面粗糙度逐漸減小，但同時表面裂紋的產生概率也在增加。這是因為切削深度過深會導致切削力過大，進而導致薄壁件局部應力過大，從而引發(fā)裂紋。在實際加工過程中，應根據(jù)薄壁件材料的特點選擇合適的切削深度。切削寬度對表面質量的影響相對較小。在本次試驗中，我們發(fā)現(xiàn)切削寬度對表面粗糙度的影響較小，