徐 尧

(赤峰工业职业技术学院机械与自动化系，内蒙古 赤峰 024005)

0 引言

螺旋端铣加工是一种在机械制造业、汽车行业、航空航天工业等工业中广泛应用的一种加工方法[1]。螺旋端铣加工的生产率会受到众多因素影响，例如刀具变钝或被加工工件的表面粗糙度较大时，这会造成铣削颤振现象发生，导致剧烈的振动和噪声，严重影响零件的精度[2-3]。因此应在早期识别出颤振行为。因此，国外一些学者提出了颤振现象的检测方法，例如基于扰动观测其理论的在线识别方法[4]，基于铣刀瞬时角速度的铣削颤振检测方法[5]，基于神经网络和遗传算法的端铣预测算法[6]等。为了避免加工过程中的颤振，需要根据设计变量和工艺参数对加工参数进行优化[7]。以往的端铣颤振稳定性预测模型基于二维切削力[8]，在一些特定场合例如对高速铣削时稳定性的预测与实际偏差较大，本文改进了传统的稳定性预测算法，提出了基于三维切削力的稳定性预测模型。切削过程的三维动力学是精确分析的必要条件。本文利用Timoshenko梁理论分析了一个实际的主轴-刀具单元模型，得到刀尖处的频率响应并进行评估，对比了基于不同预测模型的颤振稳定域波瓣图。

1 机床主轴建模与动力学模型

主轴、刀架和刀具的初始单元模型如图1所示。黑色细线代表整个单元的元素部分。在每个节点上，使用3个平移和2个旋转自由度来进行建模。主轴在前后位置有两个轴承。轴承预紧力施加在轴承外圈，并通过滚珠将其传递到内圈，它固定在主轴轴上，轴承外圈固定在主轴壳上[9]。……