MATLAB基于振动和温度在线检测的大型螺纹旋风铣削工艺优化(2)

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4.4 工艺参数对振动信号的影响 36

4.5 小结 40

结论与展望 41

致谢 42

参考文献 43

1 绪论

1.1 引言

机械制造业是国民经济的物质主体与支柱产业，扮演着国民经济高速增长发动机的角色，其发展水平是衡量国家或地区综合实力与竞争力的重要标志。切削加工又是机械制造中极其重要的一个方面，各国也投入很多人力、物力进行研究。随着科技进步，出现了许多新兴切削加工技术，螺纹旋风铣削就是其中之一。

大型精密丝杠（长6m以上，直径100mm以上，精度P3级以上）是我国航空航天、重型机械等行业的关键功能部件，而目前国内精密滚珠丝杠加工企业缺乏关键的加工设备以及相关技术，使得国内高品质的大型精密丝杠80%[1]依靠进口，已严重阻碍了我国重型装备制造业的发展。大型丝杠的加工长期以来一直是制造领域的一项技术难题，传统的滚轧工艺、车（铣）磨工艺均无法满足大型丝杠的加工要求，而螺纹旋风铣削技术多应用于粗加工软质材料，但随着高速切削技术的应用以及新型刀具材料的发展，将旋风铣削技术与高速切削技术相结合的硬旋铣技术得到了精密丝杠加工企业的广泛关注。

国外旋风铣削技术应用较为成熟，著名的滚珠丝杠生产企业例如日本的NSK，台湾的HIWIN，德国的Rexroth、SHUTON，美国的THOMSON、SAGINAW、BEAVER等为了提高生产效率，缩短制造周期，在滚珠丝杠生产线上都采用了旋风铣削技术。据了解，全球大约有28家滚珠丝杠制造企业都采用了CNC硬旋铣技术及装备高效生产P3-P5级滚珠丝杠[3]。由于旋风铣削方式的特殊性，而国内对螺纹旋风铣削工艺以及旋风铣削设备的研究较少，目前在丝杠的实际旋铣加工中，旋风铣削工艺参数的设置多依据生产经验，螺纹加工精度更取决于旋风铣床的性能，螺纹加工精度较低，无法满足精密螺纹的精度要求。

目前，旋风铣削工艺的研究主要存在以下难点：螺纹旋风铣削技术是通过调整旋风铣削刀盘与螺纹工件旋转中心的偏心量，利用旋风铣削刀盘上均匀分布的成型刀具完成外螺纹的切削。螺纹旋风铣削为典型的断续切削过程，铣削过程中刀具和丝杠工件因受到周期性的冲击产生的振动比连续切削复杂。螺纹旋风铣削的加工工艺参数多，对振动信号与螺纹滚道表面粗糙度会产生交叉影响，如要全面测量，则试验次数及工作量将十分巨大，在本次试验中，只进行了单因素分析。同时，试验测得的振动加速度信号与之后测得的螺纹滚道表面粗糙度会存在误差，而导致之后在分析数据时，会得出矛盾的结论。在试验进行时，刀具也会有一定的磨损，会对试验的结果产生影响，不利于分析得出结论。本文的分析将有利于螺纹旋风铣削过程中在线监测振动信号，对工件的加工质量与滚道表面粗糙度进行预测，这将能得出更详细、具体的结论。

1.2 论文研究的目的、意义

旋风铣削加工是二十世纪中后期产生的一种新型切削加工方式，因其高效、优质、低耗、清洁等优势成为切削加工的主流方式，被广泛地运用到螺纹及丝杠的切削加工中。

与传统的高速硬态切削相比，螺纹旋风铣削技术通过调整旋风铣削刀盘与螺纹工件旋转中心的偏心量，利用旋风铣削刀盘上均匀分布的成型刀具完成外螺纹的高速切削，加工过程如图1.1所示[2]。加工运动过程中刀盘高速旋转、工件旋转、刀盘沿工件轴向平动，铣刀盘偏转螺旋升角来调整偏心量。在切削过程中，旋风铣削刀盘每旋转一周，多把成型刀具依次切削丝杠工件，切削厚度呈周期性变幅值的特点，螺纹旋风铣削是一种典型的断续切削过程，同时由于大型螺纹工件的自重，为了减小旋风铣削工程中丝杠工件的变形，丝杠工件采用多点浮动支撑和旋铣刀盘两侧跟刀架抱紧的装夹方式，如图1.2所示。加工时抱紧装置跟随刀盘运动以实现动态跟随夹持，当切削点移动至浮动支撑附近时，浮动支撑会自动下降以避开铣刀盘。因为装夹系统较为复杂，若支撑系统的参数选取不当，工件可能产生较大的振动，从而影响螺纹工件的加工质量。