铝合金高效加工切削参数研究论文

　　摘要：本文通过采集刀具与机床模态信号、进行模态分析、动力学仿真与优化技术，来获得铝合金高效切削参数。通过切削参数的实际应用，提高了加工效率，缩短加工周期，降低制造成本。
　　关键词：高效加工；切削参数；动力学仿真
　　1引言
　　在实际生产中铝合金高效加工效率和优势远没有发挥出来，合理的切削参数是提高数控机床应用技术水平和综合效率最为直接的方法，数控加工过程仿真优化技术是获取优化切削参数的最佳途径，通过数控加工过程仿真优化技术确定高效加工切削参数，经过实际加工过程验证，建立切削参数数据库，对提高加工效率，缩短加工周期，降低制造成本有重要实际意义。
　　2应用研究内容
　　本研究项目以数控机床动态特性信号采集系统、动力学特性分析系统、优化系统为平台，数控加工切削参数包括轴向切削切深ap、径向切削宽度ae、机床主轴转数S、进给速度F等，结合实际生产情况，机床选择C800U高速加工中心，刀具选择φ8合金铣刀，铣刀齿数3，刀具圆角R0.2,有效悬长30mm；加工材料为铝合金2A12T4，径向切削宽度分别为2mm、4mm、6mm和8mm，铣削方式为顺铣，采用水冷。
　　2.1动力学仿真
　　通过采集刀具与机床模态信号、进行模态分析、动力学仿真与优化技术，以确定机床-刀具系统在特定加工环境下的颤振稳定域。仿真结果的颤振稳定域图如图1所示。根据曲线可以确定非稳定切削区域与稳定切削区域，其中曲线下方为稳定切削区域，上方为非稳定切削区域，曲线周围为稳定与颤振临界状态。由此由图1可看出，随着切宽变化时，切削稳定的区域会变化，当切宽增大或减少，相应的切削稳定的区域会增大或减少；当切宽一定时，当主轴转速取波峰上的最大值时，稳定的切深最大，这样可以提高加工效率。
　　2.2切削参数验证
　　以颤振稳定域为基础进行实验验证。根据如图1所示，以刀具切削宽度8mm为例，根据颤振稳定域图选择切削参数进行验证，这样可以使优化所得到的参数符合实际生产需要。试切点选择如图2所示。根据选取的试切参数和试切点进行试切，试切情况见表1。由试切情况得出如下结论：A点在非稳定切削区域，发生严重颤振；C点、D点在颤振临界状态，切削过程不稳定，容易发生颤振；B点在稳定切削区域，切削稳定，切削效果好。稳定域曲线是理想情况下的切削参数，特别的针对切削深度，在实际应用时，切削深度需根据理论深度作相应的调整；考虑到工件动态特性的`影响，应对工件中弱刚性部分采集刀具与机床模态信号，进行机床—刀具系统的动力仿真，选择切削参数时，要注意控制切削力，以防止零件变形。现场加工切削参数与根据颤振稳定域图所得切削参数数据对比如表2所示：由以上表格中的数据可以看出，材料去除率提高了（29120-20000）/20000=45.6%。
　　3实际应用
　　在实际高效加工中，以加工外壳零件（见图3）为例，采用本研究项目研究方法，在实际验证的基础上，确定加工该零件刀具的切削参数，采用这些切削参数加工，高效加工的单件加工时间从6.5小时缩短为4.1个小时，提高效率37%，零件加工质量稳定。
　　4结论
　　根据颤振稳定域的分析和实际加工验证，通过调整切削深度、主轴转速可以避免颤振的产生，获得在不同条件下稳定切削状态下的最佳切削参数。通过高效加工切削参数研究与应用，缩短了加工时间，提高了机床的利用率，达到降本增效的目标。
　　参考文献：
　　[1]基于＂X-CUT＂数控切削参数优化系统的数控机床增效使能技术原理[M].北京：国防科技工业高效数控加工研究应用中心,2010.