導(dǎo)語：航空機(jī)械加工弱剛性零件定義一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

在航空領(lǐng)域中，大型薄壁類高強(qiáng)度合金已得到廣泛應(yīng)用。在實(shí)際加工中，這類零件中經(jīng)常要反面加工，但由于某個(gè)方向的尺寸較其它方向的小，剛性不足，在加工過程中會(huì)出現(xiàn)跳刀、顫振[1]等現(xiàn)象，造成刀具崩刃或者損壞機(jī)床主軸[2]，以及零件表面粗糙度過大，加工誤差大。因此在實(shí)際加工時(shí)，往往要加支撐來增強(qiáng)待加工部位的剛性，但判斷是否要加支撐（或剛性不足）往往是在加工完成后，對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)才能判斷，要在加工前就知道零件在加工過程中是否剛性不足，即零件是否為弱剛性零件，現(xiàn)在還沒有一個(gè)準(zhǔn)確的定義。中國工程物理研究院的李尚政提出了弱剛度件的特點(diǎn)是：①剛度差，易變形；②精度要求高，關(guān)鍵部位精度要求達(dá)到IT5一IT7級(jí)。按其形狀一般可分為五大類：桿類：以細(xì)長軸為主；盤類：含薄片、空心盤等；短筒類：包括長徑比小于0.5的各種筒體、法蘭、中空殼體等；長筒類：指長徑比大于0.5的各種筒體、中空殼體等；半球殼類：含各種球殼、非球殼體。但他所說的桿類、盤類、短筒類、長筒類、半球殼類弱剛度件零件，只對(duì)其特點(diǎn)、分類做了簡(jiǎn)單說明，但并沒有弱剛性的相關(guān)定義[3]。本文將從生產(chǎn)車間實(shí)際對(duì)弱剛性零件加工時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象入手，結(jié)合原理分析，對(duì)弱剛性進(jìn)行定義。

2工廠實(shí)際加工現(xiàn)象分析

（1）顫振。顫振機(jī)理：在銑削加工薄壁件時(shí)( 以加工側(cè)壁為例)，由于工件和刀具的彈性變形，在動(dòng)態(tài)銑削力的作用下，同一軸線上不同高度位置處的切削厚度并不相同，有的位置過切，有的位置刀具與工件分離，并未參與切削，這樣造成加工表面產(chǎn)生振紋。隨著切削的進(jìn)行，下一刀齒會(huì)在前一刀齒產(chǎn)生的振紋處切削，這樣，切削厚度不斷變化，動(dòng)態(tài)切削力隨之不斷改變，使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)。如圖2.2所示，當(dāng)相鄰刀具波形軌跡同相位時(shí)切削厚度不產(chǎn)生變化，不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，而當(dāng)波形軌跡不同相位時(shí)，會(huì)產(chǎn)生顫振[1]。航空機(jī)械加工領(lǐng)域的弱剛性零件定義劉甫州,鄧秋生,陳城,郝小忠(南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院,南京211106)摘要：航空機(jī)械加工領(lǐng)域中的弱剛性零件加工問題一直是行業(yè)內(nèi)的焦點(diǎn)，在對(duì)弱剛性零件加工時(shí)，會(huì)發(fā)生由相對(duì)位移因周期激勵(lì)的原因急劇增長所引起的跳刀現(xiàn)象，從而影響加工質(zhì)量，甚至引起刀具破損，極大的影響加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前工廠對(duì)于弱剛性零件的判斷主要依賴于加工人員的經(jīng)驗(yàn)，而對(duì)弱剛性零件缺少一個(gè)明確的定義，從而對(duì)弱剛性零件的定位支撐方案的選擇造成了困難，鑒于此，本文從生產(chǎn)車間實(shí)際對(duì)弱剛性零件加工時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象入手，結(jié)合原理分析，對(duì)弱剛性零件進(jìn)行定義，以減少上述問題的發(fā)生。關(guān)鍵詞：航空；機(jī)械加工；弱剛性DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.012引起跳刀的原因有很多，主軸或機(jī)床的自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)、自激振動(dòng)（顫振）等振動(dòng)和零件的一些因素（如零件表面凹凸不平等）都會(huì)引起跳刀現(xiàn)象，而引起機(jī)床或主軸振動(dòng)的原因又各種各樣。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械加工產(chǎn)生的振動(dòng)比率中，強(qiáng)迫振動(dòng)約占30%，自激振動(dòng)約占65%，而自由振動(dòng)只占5%左右[5-6]，并且其振動(dòng)通常情況下迅速衰減，對(duì)機(jī)械加工過程的影響極小。而其他類型的振動(dòng)不能自然衰減，危害很大?？梢赃@樣說，引起跳刀現(xiàn)象的主要是顫振。

3機(jī)械振動(dòng)力學(xué)分析

顫振分析：研究車刀作自由正交切削的情況,此時(shí)車刀只作橫進(jìn)給運(yùn)動(dòng)fz,車刀切削的是前一轉(zhuǎn)留下的表面,如圖所示:圖2.1振紋示意圖圖2.2（2）跳刀。跳刀是機(jī)械加工中由振動(dòng)引起的刀具假定切削過程受到前一瞬時(shí)的偶然性擾動(dòng),于是刀具與工件便會(huì)發(fā)生相對(duì)振動(dòng)自由振動(dòng),振動(dòng)的幅值將因?yàn)橛凶枘岽嬖诙饾u衰減。此種振動(dòng)當(dāng)然會(huì)在加工表面上留下一段振紋,如圖中的圖所示。當(dāng)工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后,如圖中的所示,刀具便會(huì)在留有振紋的表面上重復(fù)切削,此時(shí)切削厚度將發(fā)生波動(dòng),這就有動(dòng)態(tài)切削力產(chǎn)生。如果各種條件的匹配是促進(jìn)振動(dòng)的,那么便會(huì)進(jìn)一步發(fā)展到圖中所示的持續(xù)顫振狀態(tài)。圖3.3表示的是前后兩轉(zhuǎn)的切削情況[4] 。通常后一轉(zhuǎn)切削的振紋與前轉(zhuǎn)切削的振紋總不會(huì)同步,他們?cè)谙辔簧峡傆幸粋€(gè)差值ψ，設(shè)本轉(zhuǎn)切削的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)為:則上轉(zhuǎn)切削的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)為:由于切削厚度變化產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)切削力:式中,b為切削寬度,欠為單位切削寬度上的切削剛度考慮到刀具退離工件切削力要減小,故在動(dòng)態(tài)切削力的公式中加了負(fù)號(hào)。在振動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)動(dòng)態(tài)切削力所作的功為:當(dāng)0<ψ<π，E>0,外界有能量輸入振動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)π<ψ<2π,E<0時(shí),振動(dòng)系統(tǒng)消耗能量。上述分析表明,當(dāng)后一轉(zhuǎn)的振紋滯后于前一轉(zhuǎn)振紋的角度ψ在0°~180°范圍內(nèi)時(shí),加工系統(tǒng)將有持續(xù)的顫振產(chǎn)生,這種由于前轉(zhuǎn)切削留下的振紋而引起的自身振動(dòng)簡(jiǎn)稱為再生型顫振。

4結(jié)論

零件的弱剛性誕生于機(jī)械加工過程中，根據(jù)加工經(jīng)驗(yàn)來判斷，沒有形成具體的定義，從而導(dǎo)致待加工零件是否為弱剛性零件，是否需加支撐的不確定性。本文從航空工業(yè)弱剛性零件加工過程中所出現(xiàn)的特有的顫振、跳刀現(xiàn)象著手，簡(jiǎn)單分析了顫振原理及有關(guān)跳刀的描述，同時(shí)對(duì)顫振進(jìn)行了振動(dòng)學(xué)分析?？梢院?jiǎn)單的定義弱剛性零件：在加工過程中所伴有的特殊的加工現(xiàn)象-顫振、跳刀的一類零件。弱剛性件并不是所有的剛性都很弱，而是某一個(gè)或兩個(gè)剛性方向弱，其余剛性則正常。

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作者:劉甫州 鄧秋生 陳城 郝小忠 單位:南京航空航天大學(xué)