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整体硬质合金立铣刀高速加工钛合金振动分析
摘要
本文对整体硬质合金立铣刀在高速加工钛合金时的振动进行了分析。通过理论计算和实验验证，探究了不同加工参数对振动的影响，并提出了一些减少振动的措施。结果表明，选用合适的切削参数和工具材料，合理安装和调整刀具，能够有效减小振动，提高加工效率和质量。
关键词：硬质合金；立铣刀；高速加工；振动分析；钛合金
Abstract
Thispaperanalyzesthevibrationofthewholehardalloyverticalmillingcutterinhigh-speedmachiningoftitaniumalloy.Throughtheoreticalcalculationandexperimentalverification,theinfluenceofdifferentprocessingparametersonvibrationwasexplored,andsomemeasurestoreducevibrationwereproposed.Theresultsshowthatbyselectingappropriatecuttingparametersandtoolmaterials,andinstallingandadjustingthetoolsproperly,vibrationcanbeeffectivelyreduced,andmachiningefficiencyandqualitycanbeimproved.
Keywords:hardalloy,verticalmillingcutter,high-speedmachining,vibrationanalysis,titaniumalloy
一、引言
钛合金因其高强度、耐腐蚀性和轻质等优良性能，被广泛应用于航空、航天、航海、医疗等领域。在钛合金的加工过程中，切削加工是主要的加工方式之一，而立铣刀是常用的切削工具之一。然而，在高速加工的条件下，立铣刀往往会产生较大的振动，导致切削效率低下、加工质量不稳定、切削工具寿命短等问题。因此，研究立铣刀在高速加工钛合金时的振动规律，对于提高加工效率和质量具有重要意义。
本文从理论计算和实验验证两方面，对立铣刀在高速加工钛合金时的振动进行了分析，旨在找出减小振动的有效方法，为钛合金的高速加工提供参考依据。
二、理论分析
1.立铣刀振动的产生原因
立铣刀振动的产生原因有以下三个方面：
（1）立铣刀切削力的不平衡：钛合金具有高强度和塑性，难以被切削，因此，需要较大的切削力。当加工参数不合适或刀具磨损较严重时，立铣刀在切削过程中容易产生切削力不平衡，从而引起振动。
（2）立铣刀自身结构的不稳定：立铣刀的结构呈长杆状，容易发生屈曲振动和扭转振动。当刀具磨削不当或结构不稳定时，刀头容易偏斜或弯曲，从而引起振动。
（3）立铣刀与工件间的相互作用：刀具与工件之间的相互作用是产生振动的主要原因之一。当加工参数不当或刀具与工件的摩擦系数较大时，刀具容易受到工件的反作用力，从而引起振动。
因此，为减小立铣刀的振动，需要从上述三个方面入手。
2.立铣刀振动的理论计算
立铣刀的振动可由以下公式描述：
Z=Kffcos(ωt-φ)
其中，Z表示振动位移，Kf表示刚度系数，f表示切削力，ω表示圆频率，t表示时间，φ表示相位角。
在高速加工过程中，切削力与加工参数和刀具材料有关。因此，选择合适的切削参数和工具材料是减小振动的关键。同时，根据经验式计算刚度系数和圆频率，可对立铣刀的振动进行理论计算。
3.参数优化
在实际加工中，选用合适的切削参数和工具材料，能够有效减小振动。以下是参数优化的具体措施：
（1）切削速度：提高切削速度可以增加切削温度，使得钛合金更易于被切削，同时也可以改善刀具与工件的相互作用，减小振动。
（2）进给量：进给量的大小直接影响切削时间和切削力，因此需要根据加工效率和质量要求进行合理的选择。当进给量太大时，会增加切削力，从而引起振动。
（3）切削深度：减小切削深度可以降低切削力，从而减少切削力不平衡引起的振动。同时，切削深度也会影响切削温度和切削区域的表面质量，因此需要结合实际情况进行调整。
（4）刀具材料：钛合金具有高强度和硬度，要求刀具材料具有较高的耐磨性和耐高温性。此外，在切削过程中，刀具材料还需要具有良好的导热性和导液性，以便散热和冷却。
（5）刀具结构：刀具结构的稳定性直接影响振动的大小和频率。因此，为了减小振动，需要选择刀具结构稳定、刚度高的刀具，并进行适当的调整和安装。
三、实验验证
通过实验验证理论计算和参数优化的可行性，考察不同参数对振动的影响。实验条件如下：
（1）刀具：直柄硬质合金立铣刀
（2）工件：TA1钛合金
（3）切削参数：切削速度v=150m/m