张强、 李顺才、黄昌华、蔡存金指出:刀具的磨损、刀具的振动原因及控制等受到了越来越多的重视[5]。但迄今对车削过程中刀具振动的研究还不够深入。
宋志鹏、王贵成、王树林指出:高速切削加工工艺是一个复杂的加工系统,它是由机床、刀具、工件和夹具四个部分构成的。而工件材料特性、工具系统构成、切削参数选用、高速机床结构和加工环境状况等影响高速切削加工振动形成[6]。高速机床使用的是电主轴, 这样做的优点是简化了传动链并且消除了传动误差。但这样做的缺点也很明显,电主轴自身的振动会直接传到刀具, 从而引起车削振动。
王茂方,杨静提出Cagri Abis采用压电陶瓷致动器贴于车刀刀杆的侧面,对车刀的振动进行控制,使零件的表面粗糙度改善了27.7%[7]。Martrinez通过压电式致动器实现了对精密加工过程中的振动控制,在一定范围内缓解高频动态切削力对系统的冲击作用,从而提高精密加工的性能。谢金华等人则以压电驱动元件设计了切削颤振抑制系统。磁致动器相对压电驱动具有响应速度快、应变大、输出力大、驱动电压小等优点,陈苏权等利用磁致动器作为驱动器,采用PID算法进行刀架振动抑制,并进行了实验测试。
李沪曾提出铣削加工效率高,可以获得多种复杂轮廓表面,应用广泛[8]。因为存在切削不连续,切削过程中有冲击,因此振动现象比连续切削时的振动情况要更加复杂。
岳彩旭、刘献礼、赵兴法提出为了实现切削振动的控制,首先应了解其产生机理[9]。有一些学者进行研究时,通常会取两个自由度线性系统作为研究对象,采用实模态分析法进行分析,就可以得到系统的特征方程与稳定性条件。
张军、唐文彦、强锡富提出目前常用的减小切削振动对表面质量影响的方法大都采用减振、抑振原理, 这些方法的实施一般需要改进机床结构或附加减振装置, 因而成本较昂贵[10]。近年来, 一个新的研究方向——表面分析在加工过程监控中的应用在零件功能的实现与制造加工之间架起了一座桥梁。由于工件表面轮廓中包含了大量加工状态信息, 如能通过对表面信号的分析处理,将这些信息提取出来, 就可以通过表面测量来确定加工工件是否合格, 还可为加工过程的监控提供保障。
刘培跃、王军芬提出切削振动与切削过程本身有关,也与工艺系统的结构性能有关[11]。因此控制切削振动的基本途径是降低切削力和提高刀具系统刚度。切削力的控制方法共有3个方面。第一 ,合理选择切削用量;第二,合理安排走刀路径;第三, 合理选择刀具几何参数。振动控制分振动被动控制和振动主动控制。振动被动控制不依靠外界能源,比较容易实现,较为可靠,在很多场合下,减振效果较好,因此被广泛地运用。但是振动被动控制的缺点也比较明显,它无法检测动态参数的改变,体积较大。振动主动控制的优点为振动控制效果好,适应性比较强,振动主动控制已成为国内外振动工程领域的重点研究方向。
李康举、刘永贤提出加拿大英属哥伦比亚大学学者Y.Altinta 和 E. Budak 在铣削振动因素分析方面做了大量的研究工作,确定了主轴转速和轴向切削深度是振动的主要影响因素,并获得了有这两个因素控制的铣削加工稳定性曲线[12]。中国学者宋清华确定了影响振动的主要因素也包括了径向切深,并获得三文稳定性曲线。进给速度也会影响铣削系统振动。
赵海涛、杨建国、童恒超设计了一套超声波传感器系统,该系统可以在线监控中空细长轴壁厚,以壁厚的变化来调节刀具的位置, 实验证明, 该系统可以改善细长轴的加工质量[13]。Choudhury等研发出了一套系统,该系统可以在线检测刀具振动情况并且提供了减振措施。这套系统中安装了一个光纤传感器,可以测量刀具和加工工件的位移情况,然后将采集到的位移变化信号传递给控制中心,控制中心产生可以产生一种力来抵抗发生的位移。
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