基于蜂窝芯圆盘刀切削齿的系统稳定性研究

从圆盘刀超声振动切削Nomex蜂窝芯加工原理出发,将圆盘刀超声加工系统简化成双自由度弹簧-质量-阻尼系统并建立了圆盘刀超声振动动力学模型,推导了圆盘刀加工系统临界稳定成立的条件式。在理论分析的基础上,基于MATLAB/SIMULINK搭建了圆盘刀系统动力学仿真模型,并开展了颤振仿真试验,研究得出了切削齿数对系统稳定性的影响规律:在低转速范围内,随着刀具切削齿数量逐渐增大时,加工系统稳定性逐渐降低;在高转速范围内,加工系统的稳定性随着刀具切削齿数量的增大反而逐渐增强。采用控制变量法在转速为1 500 r/min等加工条件下通过使用所设计的3种不同齿数的圆盘刀现场加工Nomex蜂窝芯得到的零件表面质量对比分析表明,大齿数Z=36的圆盘刀加工得出的零件表面质量更高,系统稳定性更好,与仿真结果一致,从而很好地验证了已建立的超声振动动力学模型与稳定性条件式。