采用ANSYS Workbench的超声振动铣刀模态分析

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超声振动铣削是在普通铣削加工的基础上，给刀具附加-定频率的超声振动能量进行铣削的-种方法 ，它能消除或减轻 自激振动，减少切削力，降低铣削温度，改善加工表面质量，减小粗糙度，并能有效延长刀具寿命 。

铣刀常用形式有圆柱形铣刀、面铣刀、立铣刀和角度铣刀等。超声振动铣削的振动形式分为纵向振动、横向振动和弯曲振动 引，其中纵向振动对超声铣削装置铣削加工效率和质量有重要的影响 J。因此，超声振动铣削采用的铣刀必须具有能够在 自由端按照给定频率提供最大振幅，抗磨损，良好的弹性，最佳的刚度和硬度，以及耐疲劳强度等性能。-般用碳化钨、镍铜合金来制造振动铣刀。

在超声振动铣削加工过程中，如何使铣刀在超声频率范围内获得稳定的振动状态，以及达到-定的振幅，从而使超声振动加载之后实现能量利用的最大化是需要解决的关键问题，这就要求刀具在理想振型下的固有频率应与加载频率相符合。在计算机技术高速发展的今天，用计算机软件对刀具进行仿真，能够获得相关参数 ，为刀具后续设计提供依据。本文应用ANSYS Workbench有限元分析软件对铣刀进行模态分析，从而得到 自由振动幅度的分布状态，为优化设计提供依据。

1 模态分析的数学建模在结构的模态分析中，机械结构可以看成多自由度的振动系统，具有多个固有频率。-个 N 自由度的线性结构系统，其运动微分方程为：[ ] [c] [ K] F(t) (1)式中：[ ]、[c]、[ ]分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵；8为位移向量；F(t)为激励向量。