铝车轮夹紧状态下模态分析及车削震动处理

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铝车轮夹紧状态下模态分析及车削震动处理

来源：金属加工作者：蔡卫民;于志远;郑尧;

发布于：2018-11-03 共2097 字

　　摘　　　　要：铝车轮是汽车的重要零部件, 在其切削加工过程中, 铝车轮经常发生振动, 影响

产品的表面质量, 降低刀具使用寿命。本文对铝车轮切削振动原因进行详细分析, 进一步利用有

限元软件, 对铝车轮夹紧状态下进行模态分析, 探寻其固有频率及模态振型, 找到其薄弱环节为

车削一序的法兰及轮辋靠近内轮缘部位, 车削二序的正面及轮辋中部位置, 为铝合金车轮的结构

设计及切削工艺优化提供理论依据, 最后提出铝车轮切削振动的预防及解决措施。

　关键词：　铝车轮，切削加工，振动

.　铝车轮切削振动原因

根据加工现场统计, 铝车轮在加工过程中, 内、外轮辋振刀, 胎圈座振刀、正面振刀较为常见, 其

主要原因是机床、工件和刀具三个系统中任一个或多个系统刚性不足, 刀具切削产生的激振力

与任一或多个系统固有频率相同或接近, 从而产生共振。

(1) 机床原因。机床本身的精度对加工的稳定性有着重要的影响, 除此之外, 机床导轨的磨损也

会造成刀塔在加工过程中发生振动, 从而在加工表面产生不一致的刀纹。定位装置及夹紧系统

的精度对铝车轮的定位产生影响, 如果定位块精度低或定位块和铝车轮之间夹杂有铝屑, 会造成

加工过程刀具切削厚度不一致, 引发系统振动;如果夹爪的夹紧力不足或夹紧装置螺栓发生松动,

会造成加工过程铝车轮发生上下窜动, 引发系统振动。

(2) 刀具原因。刀具系统的刚性不足也会引发系统振动。如果刀杆或刀片安装螺栓紧固效果不

好, 会造成加工过程刀具发生振颤, 引发系统振动。如果刀杆过长, 会造成刀具刚性不足, 引发振

动。如果刀具磨损量过大, 刀具锋利性不够, 会造成刀具切削力波动性增强, 引发系统振动, 因此

有必要定期检查刀片磨损量, 定期更换刀片。

(3) 工件原因。工件在夹紧状态下的刚性对于系统振动有着重要影响。铝合金车轮的机加工过

程主要包括两个工序, 分别为车削一序、车削二序。铝车轮定位夹紧方式如图 1所示, 一序加工

轴向采用轴向块定位, 定位位置为外轮缘端面, 径向采用径向块定位, 定位位置为外轮缘外侧, 通

过压爪对外轮缘内侧进行夹紧;二序加工轴向采用轴向块定位, 定位位置为内轮缘端面, 径向采

用心轴定位, 定位位置为中心孔内表面, 通过压爪对内轮缘内侧进行夹紧。

　 2.　铝车轮夹紧状态下模态分析

(1) 有限元模型建立。通过 C AT I A 软件建立铝合金车轮的三维模型, 在Workbench 中建立模态

分析模块, 将三维模型导入。对模型进行材料设置, 材料参数如表 1所示。分别设置车削一序和

车削二序的边界条件。对定位位置施加位移约束, 限制其定位方向的位移, 对夹紧位置施加固定

约束, 限制其所有自由度。

(2) 车削一序模态分析。由于低阶模态具有较大现实意义, 故提取前 6阶模态进行分析。车削一

序的频率值如表 2所示, 模态振型图如图 2。

由表2和图 2可知, 1 阶模态为法兰及轮辐内侧部位的振动, 振动方向沿法兰轴向, 2 阶、3阶模

态频率相近, 均为轮辋靠近内轮缘部位的振动, 振动模式为径向三角形振动, 4 阶、5阶模态频率

相近, 也为轮辋靠近内轮缘部位的振动, 振动模式为径向四边形振动, 6 阶模态为轮辋靠近内轮缘

部位的振动, 振动模式为径向椭圆振动。

进一步可以发现, 2~6 阶模态振型具有相似性, 即轮辋靠近内轮缘部位振动较明显, 这是由于该部

位远离铝车轮夹紧部位, 且轮辋壁厚较薄, 整体刚性不足, 在加工过程中易产生振刀现象。

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摘要：

铝车轮夹紧状态下模态分析及车削震动处理来源：金属加工作者：蔡卫民;于志远;郑尧;发布于：2018-11-03共2097字　　摘　　　　要：铝车轮是汽车的重要零部件,在其切削加工过程中,铝车轮经常发生振动,影响产品的表面质量,降低刀具使用寿命。本文对铝车轮切削振动原因进行详细分析,进一步利用有限元软件,对铝车轮夹紧状态下进行模态分析,探寻其固有频率及模态振型,找到其薄弱环节为车削一序的法兰及轮辋靠近内轮缘部位,车削二序的正面及轮辋中部位置,为铝合金车轮的结构设计及切削工艺优化提供理论依据,最后提出铝车轮切削振动的预防及解决措施。　关键词：　铝车轮，切削加工，振动.　铝车轮切削振动原因根据加工现场...

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