面铣削噪声主动控制理论和技术的研究 毕业论文.doc

1.绪论 1.1课题的背景 1.1.1面铣削简介 铣削是通过旋转多切削刃刀具沿着工件在设定方向进给运动，从而完成金属切削，形成已加工表面[1]。 铣削的方式很多，其中，利用端面刃对工件进行切削称为端铣或者面铣，主要用于铣削平面[1]。如图1.1所示，为常见的面铣刀。面铣刀切削时其圆柱面承担主要切削任务，而端面刃承担刮削任务，加工表面粗糙度好，可以采用较高的切削速度，生产效率高。 图1.1 面铣刀Face Mills 在铣削平面时采用面铣较为优越。面铣的最大优点是便于装夹各种刀片。切削时其圆柱面承担主要切削任务，而端面刃承担刮削任务，加工表面粗糙度好，可以采用较高的切削速度，生产效率高。当金属零部件进行精密加工时，面铣削是一种非常重要的加工方式。 在航空、汽车、消费品和电子产品等制造业中，当金属零部件需要进行精密加工时，面铣削是一种非常重要的加工方式[2]。 1.1.1高速面铣削技术简介 二十世纪末至本世纪初，面铣削技术进入了以高速面铣削、高效面铣削削为主要技术特征的现代切削技术新阶段。高速面铣削是高速切削技术应用的主要工艺，其最显著的特点是在高速机床上采用很高的切削速度和可靠刀具对关键零部件进行高效、高精度和高表面质量加工。高速面铣削以高加工效率、高加工精度和高加工表面质量的独特优势，成为现代铣削技术的重要发展方向。 近年来，高速面铣削技术在工业发达国家获得了快速发展。主轴转速15000—20000r／min的高性能数控铣床及加工中心的应用相当普遍，主轴转速150000r／min、快速进给速度120m／min的加工中心已经开始应用于生产；金刚石刀具、陶瓷刀具、涂层硬质合金及超细晶粒硬质合金刀具正在不断开发和应用。高速面铣削加工中心与高速切削刀具的迅速发展，标志着高速面铣削技术已从理论研究进入工业应用阶段[3]。 我国高速面切削技术研究起步于二十世纪八十年代末，1994年中国机床工具工业协会考察了美国和日本等国家高速切削技术研究与应用状况，较系统地介绍了国外高速切削技术和高速机床发展情况，在国内引起普遍关注。山东大学、北京理工大学、南京航空航天大学、上海交通大学、沈阳理工大学等相继开展相应的研究，取得了一系列研究成果，推动了国内高速切削技术的发展心。在此期间，我国相继从德国、美国、法国、日本等国家引进了多条较先进的轿车自动生产线，其中应用了较多实用的高速面铣削技术，使我国轿车制造工业得到空前发展[4]。 1.1.2高速面铣削过程中的噪声问题 面铣削加工在高转速条件下极易产生动不平衡，当离心力和动态切削力等周期性载荷引起切削过程中的混合振动时，较大的振动响应直接影响高速面铣削稳定性和加工表面质量。 目前制造业为了不断提高铣削加工的生产效率，通常采用的措施是提高铣削速度和增加面铣刀刀盘直径。当面铣削的主轴转速为20,000转/分，刀盘直径为约为100mm时，产生噪声的声压级（SPL）就已达100-110 dB 。当今用于面铣削铝及其合金的切削速度已达到1,000m/min；2007年6月我国实施的《可转位面铣刀 第1部分：套式面铣刀》（GB/T5342.1-2006）中规定的刀盘直径最高可达500mm[3]。 高速面铣刀是一种典型的高效断续切削刀具，与其它铣刀相比，具有直径大、齿数多等特点，但多个刀齿的安装很难实现动平衡，当转速较高时，离心力和动态切削力共同作用下产生的振动，对高速面铣刀结构安全性和切削稳定性影响较大，同时也可能引起较大的噪声。因此，随着技术的发展，产生的噪声也将会越来越严重[10]。 1.2研究内容 高速面铣削工艺是一种高速度、不连续的切削过程。高速面铣削加工中，常常在远低于额定切削速度的工况下就出现的强烈振动，机床极限加工能力受到限制。高速面铣削颤振的发生导致机床和刀具耗损的加快，同时导致大量噪声的产生。离心力和动态切削力所产生的冲击和振动是影响铣刀使用寿命、加工质量、生产效率和机床高速切削效能的重要因素。因此，本文拟对高速面铣刀的动态特性及其减振机理进行探讨，以改善高速切削加工质量，提高加工效率，降低噪声的不利影响。 噪声主动控制技术主要是将声学理论、振动理论、现代控制理论和新材料相结合，形成的噪声主动控制智能结构系统，为噪声控制提供了新的思路。它是通过一定的工艺措施把检测声源结构振动的传感器、控制噪声赖以产生的结构振动的致动器与结构材料集合在一起，使结构本身具有自动检测噪声、自动控制和吸收噪声功能。 因此，本文通过研究噪声产生的原理、噪声主动控制理论和技术，实现噪声主动控制技术在面铣削加工工艺中的应用。 1.3研究的意义 噪声可以引起人体的多种疾病，可以致人耳聋，可能引起心血管和神经系统疾病，在高噪声车间，噪声使人耳聋的发病率高达50%-60%，高血压和冠心病的发病率比低噪声车间高三倍。此外，噪声会影