超声珩磨再生型颤振系统的稳定性分析及实验研究

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超声珩磨加工是精密和超精密加工技术的重要组成部分之一,但珩磨过程中的再生型颤振是导致系统产生不稳定磨削的重要因素之一,严重制约了零件的加工精度和表面质量的提高。本课题在国家自然科学基金项目的资助下,针对超声珩磨加工过程中的再生型颤振,运用理论分析、计算机数值模拟仿真和实验验证相结合的手段,对超声珩磨颤振系统的稳定性进行了分析。为珩磨颤振的理论研究和寻求抑振、消振方法提供了理论依据,具有重要的理论和现实意义。本论文的主要研究内容和成果有以下几个方面:1.在简要阐述非线性颤振理论的研究现状和系统稳定性分析方法的基础上,对功率超声珩磨振动系统的工作原理和运动特点进行了分析,并对珩磨油石的磨粒形状和分布做了一定的假设。2.分析了静态珩磨油石上单颗磨粒的受力分布。在此基础上,建立珩磨油石的动态磨削厚度模型,并推导出单颗磨粒的动态珩磨力,从而进一步计算出了超声珩磨油石的动态珩磨力。以珩磨油石为研究对象,建立了功率超声珩磨再生型颤振系统的径向和轴向单自由度动力学模型,并列出了相应的非线性动力学微分方程。3.建立超声珩磨再生型颤振系统的两自由度非线性动力学模型,根据系统的稳定性方程推导出珩磨转速与最小极限珩磨宽度的关系,通过计算机模拟仿真绘制出了超声珩磨再生型颤振系统的稳定性叶瓣曲线图,对系统的稳定性极限进行了预测。4.运用MATLAB7.0软件仿真并分析了超声珩磨颤振系统参数对稳定性曲线和最小极限珩磨宽度的影响,包括珩磨力系数、系统径向和轴向的固有频率、刚度系数、阻尼比和珩磨头往复运动速度等参数。并绘制出了各参数与最小极限珩磨宽度关系的折线图。5.通过对超声珩磨头进行模态实验,分析得到了珩磨头的模态参数(固有频率、阻尼比);通过改变珩磨头往复速度进行珩磨加工实验,所测得的珩磨振动信号与计算机仿真分析得到的结果大致相同,从而验证了所建立的超声珩磨再生型颤振系统动力学模型的合理性。本课题的研究成果揭示了超声珩磨振动系统的颤振机理,在一定程度上完善和发展了超声珩磨加工机理的研究,为进一步抑制和消除系统颤振、提高零件的加工精度和表面质量奠定了理论基础。
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