基于附加质量块的调控方法优化方案

对于薄壁结构零件，在其刚性差的部位附加吸振装置可以提高该部位抵抗加工振动的能力。同样以航空发动机薄壁机匣的加工为例，附加的质量块可以吸收并消耗机匣侧壁的各阶振动能量，进而起到抑制加工振动的作用。质量块与机匣内表面不直接刚性接触，两者之间隔有一层弹性橡胶。采用带有弹性橡胶的质量块来控制机匣外型面铣削过程中的动态响应，其中弹性橡胶用来修改工艺系统的局部阻尼，质量块用来修改工艺系统的局部质量，两者都起到消耗动态响应能量的作用。此时，工艺系统局部的动力学方程可以表示为［1］

式中：Δmw，z为工件表面某个切削位置的法向模态质量摄动。

分别在无附加质量块和附加20 g质量块的条件下进行铣削试验，并采集对应位置的加速度信号，测量结果如图5.20所示。铣削试验参数：主轴转速为5000 r/min，进给速度为320 mm/min，径向切宽为12 mm，轴向切深为0.5 mm。可以发现，无附加质量块时，加速度的振幅范围为-20g～20g[1]，振动幅度较大；附加20 g质量块时，加速度的振幅范围为-8g～8g，振动幅度明显得到了抑制。

图5.20　无/有质量块时机匣表面加工的加速度信号(www.xing528.com)

（a）无附加质量块时机匣表面加工的加速度信号（b）附加20 g质量块时机匣表面加工的加速度信号

由以上分析可知，在机匣内壁附加带有弹性橡胶的质量块可以有效降低机匣加工表面的振动幅值，进而提高机匣表面的加工质量。该方法可以和附加支撑杆方法配合使用，支撑杆安装在立柱上，在机匣内壁的固定位置提供法向支撑，而质量块可以灵活地附加在机匣内壁上，通常附加在刚性弱、易发生加工变形和振动的位置。两种方法配合使用可以更有效地抑制加工过程中的动态响应。