交变激振力的特征与分解方法

根据Altintas的切削力机械模型［2］，作用在切削刃微元上的径向、切向和轴向切削力可以表示为加工时间t和轴向高度z的函数，即

切削力包括前刀面上作用的剪切力和由刀具齿根面与已加工表面之间犁耕作用产生的刃口力，因此切削力可以分解为如下形式：

铣削过程中刀具承受的切削力与切屑厚度密切相关。在上述切削力模型中，切削力可以表示为切屑厚度和切削力系数的函数。根据线性刃口力理论，刀齿j在轴向高度z处的瞬时静态和动态切削力分别表示为

式中：hs，j（t，z）为静态切屑厚度，hd，j（t，z）为动态切屑厚度。

在弱刚性工艺系统中，由于刀具以及工件的刚性不足，在切削力的作用下刀具和工件之间会产生相对位移，这种位移一般发生在主振动方向。振动及相对位移的存在导致工件被加工表面纹理的波动，从而造成加工过程中动态切屑厚度的变化，如图5.2所示。因此，铣削过程中瞬时切屑厚度包括了两部分：进给量对应的静态切屑厚度及刀具与工件之间的相对振动引起的动态切屑厚度。(www.xing528.com)

图5.2　铣削中的静态与动态切屑厚度

在小切深铣削过程中，由于刀具的断续切削和切屑厚度波动，会出现两种不同作用机理的交变切削力：一种是由刀具切削过程中的再生效应引起的切削力交变分量，在加工过程中会导致非稳态的切削颤振；另一种是在无颤振状态下，由刀具刀齿的断续切削引起的切削力交变分量。这种周期性的冲击在加工过程中会引起周期性的强迫振动。因此，铣削加工中的交变激振力可以进一步分解为动态切削力部分和静态切削力部分，如图5.3所示。

图5.3　交变激振力分解关系图