颗粒阻尼铣刀减振分析与试验研究

发布时间：2017-09-25 03:02

  本文关键词：颗粒阻尼铣刀减振分析与试验研究

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【摘要】：在机械制造业中铣削加工由于加工效率高而得到广泛应用，但是铣削加工由于断续切削，振动现象比较复杂。切削加工中受切削力影响刀具振动是不可避免的，在具备一定条件的情况下就会产生颤振，从而降低加工精度，增加刀具疲劳和磨损，严重时出现崩刀，加工无法进行。 颗粒阻尼技术通过颗粒之间、颗粒与腔壁之间的摩擦和碰撞作用消耗振动体能量实现减振。根据颗粒阻尼技术的耗能机理，本文设计了颗粒阻尼铣刀，，通过在铣刀空腔中填充阻尼颗粒，利用颗粒的摩擦和碰撞作用消耗铣刀振动能量以此实现减振。主要研究工作有以下几个方面： （1）介绍了切削加工振动的产生原因和振动控制方法；选择合适的刀杆材料，建立了普通铣刀和颗粒阻尼铣刀的动力学模型，分析阻尼比对铣刀振动振幅的影响；对刀杆腔体进行设计，并对实心铣刀和颗粒阻尼铣刀进行静刚度计算和模态分析以获取固有频率。 （2）介绍了颗粒的物质特性，包括颗粒的基本特征、静态性质和振动特性。对离散单元法进行介绍，建立了离散元单元模型，从理论上分析颗粒运动接触过程中的法向力、切向力和回转力矩，介绍了颗粒摩擦作用与耗能作用机理。 （3）建立了颗粒碰撞理论模型，分析颗粒在碰撞过程中不同阶段的运动状态和接触力，利用有限元软件ABAQUS对两小球碰撞进行仿真模拟，分析碰撞过程中能量的损耗情况。 （4）通过实验验证阻尼颗粒的减振效果和颗粒阻尼铣刀的铣削性能。对刀杆进行了阻尼比测试实验，同时对颗粒阻尼铣刀进行了铣削实验，测量铣削力和工件表面粗糙度，分析阻尼颗粒的减振效果及其减振规律。
【关键词】：阻尼颗粒 铣刀 振动分析 阻尼比 表面粗糙度
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG714
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 切削加工振动研究现状11-15
• 1.2.1 影响切削振动的主要因素分析12-13
• 1.2.2 机床结构振动控制13-14
• 1.2.3 切削振动控制14-15
• 1.3 颗粒阻尼技术发展现状及其应用15-19
• 1.3.1 冲击阻尼技术15-16
• 1.3.2 豆包（BBD）减振技术16-17
• 1.3.3 NOPD 减振技术17-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 2 颗粒阻尼铣刀设计及其动力学特性21-38
• 2.1 铣刀动力学模型的建立21-27
• 2.1.1 刀具材料选择21-22
• 2.1.2 普通铣刀的动力学模型22-25
• 2.1.3 颗粒阻尼铣刀的动力学模型25-27
• 2.2 铣刀谐响应分析27-33
• 2.2.1 谐响应分析介绍27-28
• 2.2.2 铣刀刀杆腔体尺寸设计28-33
• 2.4 铣刀模态分析33-37
• 2.4.1 模态分析介绍33-34
• 2.4.2 铣刀模态分析结果34-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 阻尼颗粒特性与耗能机理38-50
• 3.1 颗粒物质特性38-43
• 3.1.1 颗粒的基本特征38-40
• 3.1.2 颗粒的静态性质40-42
• 3.1.3 颗粒的振动特性42-43
• 3.2 颗粒阻尼的离散单元法43-49
• 3.2.1 离散元力学模型43-49
• 3.2.2 能量损耗计算49
• 3.3 本章小结49-50
• 4 颗粒碰撞耗能分析与模拟仿真50-62
• 4.1 颗粒碰撞理论模型的建立50-56
• 4.1.1 弹性压缩阶段50-53
• 4.1.2 弹塑性压缩阶段53-54
• 4.1.3 弹性恢复阶段54-56
• 4.2 颗粒碰撞有限元仿真模拟56-61
• 4.2.1 两小球碰撞耗能分析57-61
• 4.3 本章小结61-62
• 5 铣刀振动试验验证与分析62-84
• 5.1 颗粒阻尼刀杆的锤击试验62-71
• 5.1.1 实验目的与原理63
• 5.1.2 试验设备与材料63-66
• 5.1.3 实验方案66-67
• 5.1.4 实验结果与分析67-71
• 5.2 颗粒阻尼铣刀的铣削试验71-82
• 5.2.1 实验目的72
• 5.2.2 实验设备与材料72-74
• 5.2.3 实验方案74-75
• 5.2.4 实验结果与分析75-82
• 5.3 本章小结82-84
• 6 总结与展望84-87
• 6.1 全文总结84-85
• 6.2 展望85-87
• 参考文献87-93
• 攻读硕士学位期间发表论文情况93-94
• 致谢94-95

【参考文献】

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本文编号：914970