基于工作变形分析法的镗杆动力学特性研究

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孔加工尤其是深孔加工时,由于镗杆悬伸长度大、刚性差,极易诱发颤振。颤振是影响工件表面质量、降低刀具寿命的重要因素。由于深孔镗削时加工空间受限,制约了传统传感器用于深孔加工时刀杆振动特性的在线测试。如何准确获取大长径比镗杆的振动特性参数从而消除镗削时的振动,已成为亟待解决的问题。论文通过模态实验与工作变形分析相结合,深入研究镗杆的振动特性,并研究切削热对镗杆模态的影响,为光纤光栅传感器的布设和阻尼镗杆的动态优化设计提供依据。本文涉及如下内容:1、综述国内外研究文献,分析镗杆动力学特性研究现状,着重关注镗杆切削振动特点。2、建立镗杆动力学模型,并在此基础上,采用解析法对阻尼镗杆进行位移模态分析和应变模态分析,推导出阻尼镗杆应变模态解析解。3、以解析法得到的位移模态和应变模态为指导,选取某型号的阻尼镗杆分别进行位移模态和应变模态实验研究,以获取阻尼镗杆的模态参数,并对解析法得到的模态分析结果的正确性加以验证。4、基于工作变形(Operating Deflection Shape,简称ODS)分析法和瑞利-里兹法,推导镗杆ODS离散函数和应变分布离散函数;基于得到的ODS离散函数,以给定的不同振动频率为例,研究给定频率时的振动变形,仿真验证振动变形分析结果,探讨振动变形中各模态的影响加权因子,进而研究刀尖点的响应随频率变化的规律和镗杆的动刚度;基于得到的应变分布离散函数,分析阻尼镗杆在给定振动频率下的应变分布,进一步分析镗杆上测试点的应变响应随频率的变化规律,仿真验证应变分布分析结果。根据镗杆不同振动频率时的振动变形不同,分析通过振动变形反映出的不稳定切削区。5、对镗杆三维温度场进行仿真,同时对其进行热模态分析,从而研究镗削过程中切削热对阻尼镗杆动力学特性的影响。
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