论文部分内容阅读
在航天、军工、汽车等领域,许多零件都需要进行深孔加工,并且对于深孔加工的精度要求也非常高。考虑到用于深孔加工的刀具,其悬伸量较大、刚度较低,在切削过程中极易产生振动,造成加工工件表面质量下降,无法达到加工要求,缩短刀具及机床的使用寿命。同时,航天、军工、汽车领域所加工的零件结构都相对比较复杂,在深孔加工过程中,工件子系统的动态特性也会对切削系统整体的振动产生比较大的影响。因此,本文从刀具设计及实际加工两方面考虑,提出了一种约束型阻尼减振镗杆,约束阻尼结构可以有效提高刀具的刚度、固有频率及阻尼特性,并在所设计刀具的基础上分析了刀具及工件刚度对整个切削系统稳定性的影响。本文所涉及的内容主要有:（1）在对国内外减振镗杆研究现状以及目前市场常见减振镗杆进行充分调研的基础上,针对深孔加工所存在的问题,提出基于层复合阻尼结构减振镗杆的设计方案。根据复刚度法,建立损耗因子η的计算模型及其参数表达式。（2）建立了约束阻尼减振镗杆的动力学模型,通过各阶模态振动最大幅值的表达式可知,增大镗杆结构损耗因子η或固有频率ωni都可以有效提高镗杆的减振性能。分析了剪切参数X与刚度参数Y对结构损耗因子的影响规律,提出了损耗因子参数理论优化方案,并在此基础上建立了剪切参数与刚度参数的理论优化公式,求得阻尼层和约束层的最佳厚度值。同时,分析了约束阻尼结构参数对镗杆一阶固有频率ωn1的影响规律,求得固有频率最大时阻尼层、约束层的厚度值,为约束阻尼减振镗杆的设计提供理论依据。（3）在所设计刀具的基础上,综合考虑刀具和工件对系统切削稳定性的影响,建立切削过程动力学模型,重点分析了工件子系统刚度和刀具子系统刚度对切削稳定性的影响,可以发现当刀具刚度或工件刚度一定时,存在一个最优刚度比使得切削颤振趋于稳定。（4）有限元仿真结果显示,约束阻尼减振镗杆的静刚度得到明显改善,固有频率较普通镗杆提高约50Hz,约束阻尼减振镗杆刀尖点的最大振动幅值降低了65.1%。从模态实验结果可以得到,相较于普通镗杆,约束阻尼减振镗杆固有频率提升了约41Hz,阻尼比提升了近一倍。在相同的切削参数及悬伸量（长径比为7.5）下,减振镗杆较普通镗杆稳定性更好,无明显噪音产生,工件表面粗糙度降低了61.4%。当工件刚度一定时,刀具存在一个最佳刚度值,使切削振动加速度幅值趋于稳定。