頻變約束阻尼結構減振刀桿的設計與研究.pdf

1、振動是切削加工中普遍存在的現(xiàn)象，尤其是在航空航天、汽車等領域的車削和銑削加工中，刀桿懸伸長、剛性差的問題極易導致切削加工過程產(chǎn)生顫振，降低切削加工穩(wěn)定性，嚴重影響加工質量和加工精度。為抑制長懸伸刀桿切削加工中的顫振，提出一種結構簡單、性能優(yōu)良和適應性強的被動減振解決方案，研制約束阻尼結構減振刀桿，以此實現(xiàn)抑制顫振，提高切削加工穩(wěn)定性的目的。約束阻尼結構刀桿能夠吸收切削加工過程產(chǎn)生的振動能量，并通過粘彈性阻尼材料的剪切變形轉化為熱能耗散，

2、其阻尼減振性能在高頻時更強，可在一定程度上適應復雜多變的切削加工條件。
　　首先，分析約束阻尼結構的耗能機理并結合刀桿的具體結構，初步設計約束阻尼結構車刀桿和約束阻尼結構銑刀桿，并根據(jù)粘彈性阻尼材料的動態(tài)力學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)生機理，建立車削頻變阻尼單自由度振動模型和銑削頻變阻尼二自由度振動模型，推導車削極限徑向切削深度、銑削極限軸向切削深度和穩(wěn)定主軸轉速的計算公式;分析刀桿的模態(tài)參數(shù)與切削

3、加工穩(wěn)定性的關系，確定減振刀桿的設計優(yōu)化目標為增大一階動剛度，同時保證較高的一階固有頻率。
　　其次，通過實驗和回歸擬合確定三種粘彈性阻尼材料的動態(tài)剪切損耗因子和動態(tài)剪切模量與頻率的關系;對板類約束阻尼結構和軸類約束阻尼結構進行模態(tài)分析，建立懸臂梁模型和微元剪切耗能模型，推導模態(tài)參數(shù)的理論計算公式;通過有限元仿真和模態(tài)實驗驗證理論建模和計算的準確性。
　　然后，對設計的約束阻尼結構車刀桿和約束阻尼結構銑刀桿進行減振性能優(yōu)化，

4、優(yōu)化阻尼層結構尺寸以及優(yōu)選粘彈性阻尼材料;制造最優(yōu)約束阻尼結構車刀桿和最優(yōu)約束阻尼結構銑刀桿，并通過模態(tài)實驗對比約束阻尼結構刀桿和普通刀桿的阻尼減振性能，最優(yōu)約束阻尼結構車刀桿的一階動剛度同比增大82％，最優(yōu)約束阻尼結構銑刀桿的一階動剛度同比增大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)約束阻尼結構車刀桿的極限徑向切削深度同比增大86.7％，最優(yōu)約束阻尼結構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