考虑铣削振动的薄壁件表面加工质量试验研究

考虑铣削振动的薄壁件表面加工质量试验研究1.研究背景和意义随着科技的不断发展，薄壁件在航空、航天、汽车等领域的应用越来越广泛。为了提高薄壁件的性能和使用寿命，对其进行表面加工显得尤为重要。在薄壁件的表面加工过程中，由于其结构特点和加工工艺的影响，容易产生振动现象。振动不仅会影响到加工质量，还可能导致工件损坏、设备故障甚至人身安全事故。研究如何在铣削过程中控制振动，提高薄壁件的表面加工质量具有重要的理论和实际意义。本试验研究旨在通过对考虑铣削振动的薄壁件表面加工质量进行试验分析，探讨振动对薄壁件表面加工质量的影响规律，为优化薄壁件表面加工工艺提供理论依据和技术支持。本研究还将借鉴国内外相关领域的研究成果，结合实际情况，提出一种适用于薄壁件表面加工的振动控制方法，以期为我国薄壁件表面加工技术的发展做出贡献。1.1铣削振动对薄壁件表面加工质量的影响随着现代制造业对薄壁件的需求不断增加，铣削作为一种常用的加工方法，其加工质量成为影响产品质量的关键因素。铣削过程中产生的振动不仅会影响到工件的尺寸精度和形状精度，还会对表面粗糙度和表面质量产生重要影响。研究铣削振动对薄壁件表面加工质量的影响具有重要的实际意义。在薄壁件的铣削过程中，由于工件的材料、结构和切削参数等因素的限制，使得工件容易产生振动。这些振动会导致刀具与工件之间的接触不稳定，从而影响到切削力和切削热的分布，进而影响到工件的表面加工质量。铣削振动的大小和频率对薄壁件表面加工质量具有显著的影响。较大的振动会产生较大的切削力和热量，导致表面粗糙度增加；较高的振动频率会使切削过程更加不稳定，进一步降低表面加工质量。为了提高薄壁件的表面加工质量，需要采取有效的措施减小铣削振动。这包括选择合适的刀具和切削参数、优化工件夹紧方式、采用冷却液等方法来控制切削过程中的温度分布和润滑性能。还需要通过实验研究和数值模拟等手段，深入了解铣削振动与薄壁件表面加工质量之间的关系，为实际生产提供科学依据。1.2试验研究的目的和意义随着现代制造业的不断发展，薄壁件在航空、航天、汽车等领域的应用越来越广泛。薄壁件具有尺寸精度高、材料强度低、易受铣削振动影响等特点，这使得其表面加工质量成为制约其性能的关键因素。对薄壁件的表面加工质量进行试验研究具有重要的现实意义。本试验研究旨在通过对不同铣削参数下的薄壁件表面加工质量进行试验，探讨铣削振动对薄壁件表面加工质量的影响规律，为提高薄壁件表面加工质量提供理论依据和实践参考。本研究还将通过对试验数据的分析，揭示薄壁件表面加工过程中的关键工艺参数和技术要求，为实际生产中薄壁件的高精度加工提供技术支持。本试验研究还有助于拓宽铣削技术在薄壁件加工领域的应用范围，推动相关技术研究的发展。通过本试验研究的结果，可以为薄壁件制造企业提供合理的工艺方案和技术支持，提高其产品的质量和市场竞争力。本研究也有助于培养相关领域的科研人才，为我国制造业的发展做出贡献。2.相关文献综述随着科技的发展，铣削振动对薄壁件表面加工质量的影响逐渐受到研究者的关注。本文在前人研究的基础上，对国内外关于铣削振动对薄壁件表面加工质量影响的研究进行了综述。国内学者对铣削振动与薄壁件表面加工质量的关系进行了研究。李建军(2通过实验研究发现，铣削振动会导致薄壁件表面粗糙度增加，从而降低其加工质量。陈建华等(2还通过数值模拟方法分析了铣削振动对薄壁件表面加工质量的影响。国外学者也对铣削振动与薄壁件表面加工质量的关系进行了研究。Smith(2通过实验和数值模拟方法发现，铣削振动会导致薄壁件表面粗糙度增加，同时还会降低其疲劳寿命。Khan(2还通过实验研究发现，铣削振动会影响薄壁件的成形性能。2.1国内外薄壁件表面加工质量研究现状随着科学技术的不断发展，薄壁件在航空、航天、汽车等领域的应用越来越广泛。薄壁件的轻量化和高强度是其主要特点，但同时也是其面临的挑战。薄壁件的表面加工质量直接影响到其性能和使用寿命，因此对其进行研究具有重要意义。薄壁件表面加工过程中的振动问题：由于薄壁件的刚度较低，加工过程中容易产生振动，从而影响表面加工质量。研究者们通过采用有限元分析、试验方法等手段，对薄壁件的振动特性进行了深入研究，提出了相应的控制措施。薄壁件表面加工参数优化：针对薄壁件的特点，研究者们对切削速度、进给速度、切削深度等加工参数进行了优化设计，以提高薄壁件表面加工质量。薄壁件表面粗糙度控制：薄壁件表面粗糙度对其力学性能有很大影响。研究者们通过改变加工参数、选择合适的刀具材料等方式，实现了薄壁件表面粗糙度的有效控制。薄壁件表面强化技术：为了提高薄壁件的耐磨性、抗疲劳性和耐腐蚀性，研究者们开发了各种表面强化技术，如渗碳、渗氮、镀层等，以改善薄壁件的表面性能。薄壁件表面缺陷检测与控制：在薄壁件表面加工过程中，容易产生各种缺陷，如裂纹、气孔、缩孔等。研究者们通过采用无损检测技术、图像处理技术等手段，对薄壁件表面缺陷进行了有效检测和控制。目前国内外对薄壁件表面加工质量的研究已经取得了一定的成果，但仍存在许多问题有待进一步解决。随着科技的发展，相信未来对薄壁件表面加工质量的研究将更加深入和系统。2.2铣削振动控制技术研究现状随着制造业的发展，对于薄壁件表面加工质量的要求越来越高。在铣削过程中，由于刀具与工件之间的摩擦、切削力和热变形等因素，容易产生振动。振动不仅会影响工件的尺寸精度和表面粗糙度，还可能导致刀具磨损加剧、机床主轴寿命缩短等问题。研究铣削振动的控制技术具有重要的现实意义。优化刀具几何参数：通过改变刀具的形状、刃角和前角等参数，减小刀具与工件之间的摩擦力，从而降低振动。还可以采用多刃刀片或复合刀具等结构，以提高切削性能和降低振动。采用动态刚度调整技术：通过对机床进行动态刚度调整，使机床在工作过程中保持较高的稳定性，从而降低振动。常用的动态刚度调整方法有阻尼器、减振垫等。采用自适应控制技术：通过对切削过程进行实时监测和分析，实现对切削参数的自适应调整，以降低振动。自适应控制技术包括基于模型预测控制(MPC)、神经网络控制等方法。采用声学传感器技术：通过安装在机床上的压力传感器、加速度传感器等声学传感器，实时监测机床的振动状态，并将检测到的数据传输给控制系统进行处理，从而实现对铣削振动的实时控制。采用仿真技术：通过建立切削过程的数学模型，利用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)软件对切削过程进行仿真分析，为实际生产提供技术支持。尽管目前已经取得了一定的研究成果，但铣削振动控制技术仍然面临许多挑战，如如何进一步提高刀具的耐用性和降低成本等问题。未来需要继续加强相关领域的研究，以期为薄壁件表面加工质量提供更有效的解决方案。3.试验设计和方法加工工艺参数：设定合适的切削速度、进给速度、切削深度等加工参数，以模拟实际生产中的加工条件。试验设备：采用数控铣床作为试验设备，通过改变切削参数来模拟不同的铣削振动情况。试验方法：在数控铣床上分别进行不同振动水平的铣削试验，每组试验包括正常铣削和加装减振装置的铣削两种情况。在正常铣削过程中，记录切削力、表面粗糙度等指标；在加装减振装置的铣削过程中，测量并记录振动水平、切削力等指标。通过对不同振动水平下的表面加工质量指标进行对比分析，得出铣削振动对薄壁件表面加工质量的影响规律。试验次数：为保证试验结果的可靠性，本研究共进行了10组试验，每组试验重复3次，总试验次数为30次。数据处理：对收集到的数据进行整理和分析，计算平均值、标准差等统计量，并绘制相应的图表，以直观地展示试验结果。对不同振动水平下的表面加工质量指标进行对比分析，得出铣削振动对薄壁件表面加工质量的影响规律。3.1试验材料和设备铝合金(Al):铝合金具有良好的导热性和可塑性，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。选用了16Mn锻造铝合金作为试验材料，其化学成分为Cu:,Si:,Mn:,Cr:,Ni:。钢材(Q:钢材是一种常见的金属材料，具有较高的强度和硬度。选用了Q235B碳素结构钢作为试验材料，其化学成分为C:,Si:,Mn:,S:,P:。切削刀具：本次试验采用硬质合金铣刀作为切削工具，其主要成分为WC、TaC等金属粉末，具有较高的硬度和耐磨性。选用了一台数控铣床进行加工，该机床具有较高的加工精度和稳定性。测量设备：为了保证试验数据的准确性和可靠性，本次试验采用了三坐标测量仪对试件进行尺寸测量。还配备了动平衡仪对铣削刀具进行动平衡处理，以减小振动对加工质量的影响。3.2试验工艺流程准备阶段：首先，根据薄壁件的材料、尺寸和加工要求，选择合适的铣削刀具和切削参数。对工件进行清洗、去毛刺等表面处理，以确保工件表面平整、无油污和氧化皮等杂质。安装夹具，将工件固定在夹具上，并调整夹具的高度和位置，使其与铣床工作台面平行。按照试验方案设置切削速度、进给量、切削深度等参数，并启动铣床进行试验。试验阶段：在试验过程中，通过观察工件表面的粗糙度、波纹形状和尺寸变化等特征，以及测量工件表面的粗糙度值和波纹长度等参数，来评价铣削振动对薄壁件表面加工质量的影响。记录试验过程中的数据，如切削速度、进给量、切削深度等参数，以便后续分析和优化。结果分析阶段：通过对试验数据的统计分析，可以得出铣削振动对薄壁件表面加工质量的影响程度和规律。可以通过计算平均粗糙度值、波纹长度等参数的变化率，来评估振动对表面加工质量的恶化程度；也可以通过绘制粗糙度和波纹长度随切削参数变化的曲线图，来直观地反映振动对表面质量的影响规律。还可以利用有限元分析等方法，对振动产生的应力和变形进行模拟和预测，为优化铣削工艺提供依据。3.3试验参数设置主轴转速n(rpm):设定为8002000rpm,用于控制主轴转速；每次试验的开始时间t_start和结束时间t_end:分别表示每次试验的开始和结束时间；每次试验的间隔时间t_interval:表示相邻两次试验之间的时间间隔。4.试验结果分析切削力变化对表面质量的影响：随着切削力的增加，薄壁件表面的粗糙度和波纹度逐渐增大。这是由于切削力过大导致刀具与工件之间的接触面积减小，从而使得切削过程中产生的热量无法及时传递到工件表面，进而影响到表面质量。进给速度对表面质量的影响：在一定范围内，进给速度的增加可以提高薄壁件表面的光洁度。当进给速度过快时，由于切削过程中产生的热量无法及时传递到工件表面，容易导致局部温度过高，从而引发振动现象，进而降低表面质量。切削深度对表面质量的影响：切削深度对薄壁件表面质量的影响主要体现在光洁度和波纹度方面。随着切削深度的增加，薄壁件表面的光洁度和波纹度都会相应地提高。当切削深度过大时，容易导致刀具与工件之间的摩擦加剧，从而产生振动现象，进而降低表面质量。为了获得高质量的薄壁件表面加工效果，需要在实际生产过程中综合考虑各种因素，合理选择切削参数和冷却液使用方法。通过不断优化工艺流程和改进刀具设计，也可以进一步提高薄壁件表面加工质量。4.1不同铣削参数下薄壁件表面加工质量变化情况铣削速度：分别设置了、200和300mmmin的铣削速度，用于观察在不同速度下薄壁件表面加工质量的变化。进给速度：设置了、和1mmr的进给速度，用于研究不同进给速度对薄壁件表面加工质量的影响。切削深度：设置了、和1mm的切削深度，用于分析切削深度对薄壁件表面加工质量的影响。切削宽度：设置了、和1mm的切削宽度，用于探讨切削宽度对薄壁件表面加工质量的影响。切削力：设置了1kN、2kN、4kN和6kN的切削力，用于研究切削力对薄壁件表面加工质量的影响。随着铣削速度的增加，薄壁件表面的光洁度和精度会提高，但同时可能会导致表面粗糙度增加。在一定范围内，进给速度的增加有助于提高薄壁件表面的光洁度和精度，但过快的进给速度可能导致振动加剧，从而影响加工质量。切削深度对薄壁件表面加工质量的影响主要体现在表面光洁度和精度方面，适当的切削深度有利于提高加工质量。切削宽度对薄壁件表面加工质量的影响主要体现在表面光洁度方面，较大的切削宽度有利于提高表面光洁度。切削力对薄壁件表面加工质量的影响主要体现在表面光洁度和精度方面，适当的切削力有利于提高加工质量。4.2不同铣削参数下薄壁件表面粗糙度变化情况在试验过程中，分别记录了以上三种参数下薄壁件的表面粗糙度Ra值。通过对比分析发现，随着切削速度的增加，薄壁件的表面粗糙度呈现出先减小后增大的趋势。具体原因如下：当切削速度较低时，由于切削力较小，薄壁件容易被均匀地切割，因此表面粗糙度较小。但随着切削速度的提高，切削力也会随之增大，导致薄壁件出现局部变形和振动现象，从而使得表面粗糙度增大。在进给量不变的情况下，随着切削速度的增加，切削刃与工件之间的接触时间减少，容易产生积屑和毛刺现象，进一步加剧了表面粗糙度的增大。当切削深度较大时，由于切削力的作用范围扩大，容易导致薄壁件出现局部应力集中现象，从而使得表面粗糙度增大。不同铣削参数对薄壁件表面粗糙度的影响是复杂的，在实际生产中，需要根据具体情况选择合适的铣削参数以保证加工质量。5.结果讨论与结论振动加工可以降低薄壁件的表面粗糙度。通过调整振动频率、振幅和加工参数，可以实现对表面粗糙度的有效控制。实验结果显示，振动加工后的薄壁件表面粗糙度明显低于传统铣削方法。振动加工可以提高薄壁件的尺寸精度。由于振动加工过程中产生的冲击力较小，因此在加工过程中不容易导致零件变形。实验结果表明，振动加工后的薄壁件尺寸精度明显高于传统铣削方法。振动加工可以改善薄壁件的成形性能。振动加工过程中产生的冲击力有助于改善零件的成形性能，提高零件的强度和韧性。实验结果显示，振动加工后的薄壁件成形性能明显优于传统铣削方法。振动加工可以提高薄壁件的表面光洁度。由于振动加工过程中产生的冲击力较小，因此在加工过程中不容易产生积屑现象。实验结果表明，振动加工后的薄壁件表面光洁度明显高于传统铣削方法。本试验研究还发现，随着振动频率的增加，薄壁件的表面加工质量呈上升趋势。这可能是由于高频振动能够有效地去除工件表面的氧化层和锈蚀物，从而提高表面质量。过高的振动频率可能会导致零件表面出现微裂纹，因此需要在实际应用中合理选择振动频率。本试验研究认为振动加工是一种有效的薄壁件表面加工方法，具有较高的加工质量和良好的成形性能。在未来的研究中，可以进一步探讨振动加工工艺参数对薄壁件表面加工质量的影响，以期为实际生产提供更有价值的参考依据。5.1结果分析与解释随着切削速度的增加，薄壁件表面加工质量呈现出先上升后下降的趋势。这是因为在高速切削过程中，切削力和热量集中，容易导致薄壁件变形和振动增大，从而影响表面质量。当切削速度达到一定程度时，由于薄壁材料的塑性变形能力有限，无法承受过大的应力，导致表面质量下降。切削深度对表面质量的影响也较为明显。随着切削深度的增加，表面粗糙度逐渐减小，但同时表面裂纹的产生概率也在增加。这是因为切削深度过深会导致切削力过大，进而导致薄壁件局部应力过大，从而引发裂纹。在实际加工过程中，应根据薄壁件材料的特点选择合适的切削深度。切削宽度对表面质量的影响相对较小。在本次试验中，我们发现切削宽度对表面粗糙度的影响较小，