高转速效应下空气静压主轴微铣削加工表面形貌预测研究

作     者：史江海 冯鑫 曹宏瑞 

作者机构：西安交通大学装备运行安全保障与智能监控国家地方联合工程研究中心 西安交通大学机械工程学院 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52205125) 

主　　题：空气静压主轴 高转速效应 动力学建模 表面形貌预测 

摘      要：空气静压主轴是超精密加工机床的核心部件，其动态特性直接影响着超精密机床的加工性能。在高速旋转工况下，转子的离心力、陀螺力矩以及空气轴承的动态参数（刚度和阻尼）随着转速发生变化，进而影响空气静压主轴的动力学特性。由于主轴动力学特性与微铣削加工过程之间的耦合效应，在不同切削工况下，切削力会发生波动以及非连续性变化，往往会导致主轴发生较大的振动响应。如果主轴振动响应过大，会引起颤振现象发生，直接导致工件表面加工失效。因此，基于Timoshenko梁单元建立考虑转速效应的空气静压主轴动力学模型及微铣削加工三维表面形貌预测模型，定量分析转速和每齿进给量对工件表面形貌的影响。结果表明：在主轴稳态切削过程中，工件表面相邻切痕之间的距离随着每齿进给量的增大逐渐增加，导致表面粗糙度呈线性增大；当切削速度和每齿进给量很小时，转速可以影响主轴加工效率，但对加工表面的粗糙度影响不大。