頻變約束阻尼結(jié)構(gòu)減振刀桿的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、振動(dòng)是切削加工中普遍存在的現(xiàn)象，尤其是在航空航天、汽車等領(lǐng)域的車削和銑削加工中，刀桿懸伸長(zhǎng)、剛性差的問題極易導(dǎo)致切削加工過程產(chǎn)生顫振，降低切削加工穩(wěn)定性，嚴(yán)重影響加工質(zhì)量和加工精度。為抑制長(zhǎng)懸伸刀桿切削加工中的顫振，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良和適應(yīng)性強(qiáng)的被動(dòng)減振解決方案，研制約束阻尼結(jié)構(gòu)減振刀桿，以此實(shí)現(xiàn)抑制顫振，提高切削加工穩(wěn)定性的目的。約束阻尼結(jié)構(gòu)刀桿能夠吸收切削加工過程產(chǎn)生的振動(dòng)能量，并通過粘彈性阻尼材料的剪切變形轉(zhuǎn)化為熱能耗散，

2、其阻尼減振性能在高頻時(shí)更強(qiáng)，可在一定程度上適應(yīng)復(fù)雜多變的切削加工條件。
　　首先，分析約束阻尼結(jié)構(gòu)的耗能機(jī)理并結(jié)合刀桿的具體結(jié)構(gòu)，初步設(shè)計(jì)約束阻尼結(jié)構(gòu)車刀桿和約束阻尼結(jié)構(gòu)銑刀桿，并根據(jù)粘彈性阻尼材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析減振刀桿的頻變阻尼特性;研究車削顫振和銑削顫振的產(chǎn)生機(jī)理，建立車削頻變阻尼單自由度振動(dòng)模型和銑削頻變阻尼二自由度振動(dòng)模型，推導(dǎo)車削極限徑向切削深度、銑削極限軸向切削深度和穩(wěn)定主軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式;分析刀桿的模態(tài)參數(shù)與切削

3、加工穩(wěn)定性的關(guān)系，確定減振刀桿的設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)為增大一階動(dòng)剛度，同時(shí)保證較高的一階固有頻率。
　　其次，通過實(shí)驗(yàn)和回歸擬合確定三種粘彈性阻尼材料的動(dòng)態(tài)剪切損耗因子和動(dòng)態(tài)剪切模量與頻率的關(guān)系;對(duì)板類約束阻尼結(jié)構(gòu)和軸類約束阻尼結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，建立懸臂梁模型和微元剪切耗能模型，推導(dǎo)模態(tài)參數(shù)的理論計(jì)算公式;通過有限元仿真和模態(tài)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論建模和計(jì)算的準(zhǔn)確性。
　　然后，對(duì)設(shè)計(jì)的約束阻尼結(jié)構(gòu)車刀桿和約束阻尼結(jié)構(gòu)銑刀桿進(jìn)行減振性能優(yōu)化，

4、優(yōu)化阻尼層結(jié)構(gòu)尺寸以及優(yōu)選粘彈性阻尼材料;制造最優(yōu)約束阻尼結(jié)構(gòu)車刀桿和最優(yōu)約束阻尼結(jié)構(gòu)銑刀桿，并通過模態(tài)實(shí)驗(yàn)對(duì)比約束阻尼結(jié)構(gòu)刀桿和普通刀桿的阻尼減振性能，最優(yōu)約束阻尼結(jié)構(gòu)車刀桿的一階動(dòng)剛度同比增大82％，最優(yōu)約束阻尼結(jié)構(gòu)銑刀桿的一階動(dòng)剛度同比增大23.5％。
　　最后，繪制車削加工和銑削加工穩(wěn)定性葉瓣圖，最優(yōu)約束阻尼結(jié)構(gòu)車刀桿的極限徑向切削深度同比增大86.7％，最優(yōu)約束阻尼結(jié)構(gòu)銑刀桿的極限軸向切削深度同比增大22％，加工穩(wěn)定區(qū)域