CFRP制件深孔内齿槽加工专用装备的设计研究

发布时间：2021-12-10 22:59

　　CFRP具有比强度高、比模量大等优点,在军工及航天领域具有广泛的应用前景。但其层合结构及各向异性等特点导致加工时切削力极其不均匀,且CFRP制件为深长孔结构,镗杆的结构和尺寸受到一定的限制,静、动刚度较差,容易发生受力变形和振动现象。内齿槽分布在深长孔内表面且数量较多,需要反复的径向进给和退刀,极大的增加了加工难度。本文针对CFRP制件深孔内齿槽加工专用工艺装备的设计展开研究。首先对CFRP的加工机理进行了探究,根据CFRP制件深孔内齿槽的结构特点分析了内齿槽的加工方案,设计了小横刃成型刀片,并制定了合理的加工工艺路线。其次针对内齿槽的加工难点,设计了专用镗杆的结构,建立了普通镗杆和专用镗杆的力学模型,结果表明专用镗杆的静力变形和稳态响应的幅值均明显减小。通过有限元仿真分析了各种镗杆的静动态特性,结果表明三刃专用镗杆的静力学性能最好,相对于普通镗杆,其刀头处总变形量减小了 29.9%,径向变形量减小了 39.1%。两者的前两阶固有频率较为接近,而专用镗杆的共振振幅大幅度减小,具有良好的动态特性。最后根据内齿槽的加工要求制定了专用机床的总体布局方案,设计了机床各组成部件并完成了虚拟装配。... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 CFRP的应用与加工技术研究现状
        1.2.1 CFRP的应用
        1.2.2 CFRP的加工技术研究现状
    1.3 深长孔及内齿槽加工技术的国内外研究现状
        1.3.1 深长孔及内齿槽加工专用刀杆的研究现状
        1.3.2 深长孔及内齿槽加工专用机床的研究现状
    1.4 课题来源
    1.5 论文主要研究内容
2 CFRP制件深孔内齿槽加工工艺研究
    2.1 CFRP材料特性及切削加工机理
        2.1.1 CFRP材料特性
        2.1.2 CFRP纤维切削去除机理
        2.1.3 CFRP制件镗削加工时的纤维切除过程
    2.2 CFRP制件深孔内齿槽加工难点
        2.2.1 CFRP制件深孔内齿槽的尺寸参数
        2.2.2 CFRP制件深长孔镗削的特点
        2.2.3 CFRP制件内齿槽加工的难点
    2.3 CFRP制件深孔内齿槽相关的加工工艺
        2.3.1 内齿槽前处理加工工艺路线的制定
        2.3.2 内齿槽加工方案及成型刀片的设计
    2.4 本章小结
3 CFRP制件深孔内齿槽加工专用镗杆的设计
    3.1 专用镗杆的总体结构设计
    3.2 导向部分和支撑部分的设计
    3.3 刀头部分的设计
        3.3.1 刀头部分的结构设计
        3.3.2 刀头部分的受力分析
    3.4 杆体部分的设计
    3.5 本章小结
4 专用镗杆的静动态特性分析
    4.1 普通镗杆力学模型的建立
        4.1.1 普通镗杆的静力学模型
        4.1.2 普通镗杆的动力学模型
    4.2 专用镗杆力学模型的建立
        4.2.1 专用镗杆的静力学模型
        4.2.2 专用镗杆的动力学模型
    4.3 专用镗杆静态特性的有限元分析
        4.3.1 有限元模型的建立
        4.3.2 仿真结果分析
    4.4 专用镗杆动态特性的有限元分析
        4.4.1 有限元模型的建立
        4.4.2 模态仿真结果分析
        4.4.3 谐响应仿真结果分析
    4.5 本章小结
5 CFRP制件深孔内齿槽加工专用机床的设计
    5.1 专用机床的总体布局设计
        5.1.1 专用机床的设计要求
        5.1.2 专用机床的总体布局方案
    5.2 专用机床主传动系统的设计
        5.2.1 主轴电机的设计选型
        5.2.2 带传动的设计选型
        5.2.3 主轴轴承的设计选型
    5.3 专用机床直线进给系统的设计
        5.3.1 滚珠丝杠副的设计选型
        5.3.2 直线导轨的设计选型
        5.3.3 轴承的设计选型
        5.3.4 伺服电机的设计选型
        5.3.5 联轴器的设计选型
        5.3.6 方刀架的设计
    5.4 专用机床的三维建模和虚拟装配
    5.5 本章小结
6 专用机床直线进给系统的动态特性分析与改进
    6.1 直线进给系统的动力学模型
    6.2 工作台结构对直线进给系统动态性能的影响
        6.2.1 工作台有限元模型的建立
        6.2.2 模态仿真结果分析
        6.2.3 谐响应仿真结果分析
    6.3 滑块间距对直线进给系统动态性能的影响
        6.3.1 模态仿真结果分析
        6.3.2 谐响应仿真结果分析
    6.4 O字型进给系统的静力学验算
    6.5 本章小结
7 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 工作展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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[2]T2120深孔钻镗床关键结构件的有限元分析及拓扑优化[D]. 游小红.中北大学 2013
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[5]深孔镗床镗杆的静动态分析及优化[D]. 杨吉茂.兰州理工大学 2011



本文编号：3533551