減振鏜桿的有限元分析論文.doc

目錄中文摘要.錯(cuò)誤!未定義書簽。英文摘要.錯(cuò)誤!未定義書簽。第1章減振鏜桿的國內(nèi)外研究水平和發(fā)展趨勢.2第2章顫振的機(jī)理及穩(wěn)定性分析理論.42.1再生顫振的機(jī)理.42.2再生顫振系統(tǒng).52.3系統(tǒng)切削過程動(dòng)態(tài)模型.62.4鏜削過程穩(wěn)定性分析理論與穩(wěn)定性圖.7第3章減振鏜桿的動(dòng)力學(xué)模型.123.1減振鏜桿的設(shè)計(jì).143.2減振鏜桿模型的分析.163.3在ANSYS程序中進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析.183.4模型在頻域內(nèi)的仿真結(jié)果.18結(jié)論與展望.22致謝.23參考文獻(xiàn)：.24附件I英文文獻(xiàn)翻譯.錯(cuò)誤!未定義書簽。附件II英文文獻(xiàn)原文.錯(cuò)誤!未定義書簽。1減振鏜桿的有限元分析摘要：介紹了深孔鏜削加工過程中產(chǎn)生振顫的機(jī)理,建立了減振鏜桿的動(dòng)力學(xué)模型。論述動(dòng)力減振鏜桿的工作原理，通過簡化動(dòng)力學(xué)模型建立微分方程。在理論基礎(chǔ)上通過實(shí)驗(yàn)分析動(dòng)力減振鏜桿的減振效果和動(dòng)態(tài)性能，并測定其最佳狀態(tài)下的性能參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果確定了動(dòng)力減振器的減振特點(diǎn)，為實(shí)際生產(chǎn)加工給出參考。關(guān)鍵詞：減振鏜桿深孔鏜削性能參數(shù)FiniteelementanalysisofDampingBoringBarAbstract:Thispaperintroducedthemechanismofvibrationintheprocessofdeepholeboring,developedadynamicmodalofthedampingboringbar.TheworkingprincipleofaboringbarwhichhasadynamicvibrationabsorberisdiscussedThesystemsdifferentialequationisbuiltaccordingtothesimpledynamicalmodel.Basedontheory,thedynamicperformanceofaboringbarisresearchedbyexperimentandtheperformanceparametersatthebeststatearegotten.Theresultofexperimentshowsthecharacterofdynamicvibrationabsorber，andgivesareferencefortheactualmanufacture.Keywords:DampingboringbarDeepholeboringPerformanceparameters2第1章減振鏜桿的國內(nèi)外研究水平和發(fā)展趨勢在機(jī)械生產(chǎn)過程當(dāng)中，切削系統(tǒng)的加工精度及穩(wěn)定性很大程度上取決與結(jié)構(gòu)的剛度和切削過程中顫振對其產(chǎn)生的影響，剛性不足和顫振的產(chǎn)生不僅制約了切削系統(tǒng)在加工過程中的切削效率，而且還會(huì)在加工工件的表面留下振紋，影響加工精度。切削顫振是金屬切削過程中刀具與工件之間產(chǎn)生的一種十分強(qiáng)烈的相對振動(dòng)，其產(chǎn)生的原因和發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律與切削加工過程本身及金屬切削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性都有著內(nèi)在的本質(zhì)聯(lián)系，影響因素很多，是一個(gè)非常復(fù)雜的機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象。深孔鏜削過程中刀具通常會(huì)產(chǎn)生振顫。加工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)按產(chǎn)生原因分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。其中自由振動(dòng)是由于初始系統(tǒng)受外界的干擾所致,屬于阻尼衰減振動(dòng)；受迫振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件的自身缺陷產(chǎn)生的,可以通過刀具的振動(dòng)頻率找到可疑振動(dòng)源。自激振動(dòng)又分為:初始振動(dòng)和再生振動(dòng),初始振動(dòng)是由于刀具本身的固有頻率與加工系統(tǒng)中的某個(gè)工作頻率相同而產(chǎn)生的共振；再生振動(dòng)是在連續(xù)加工過程中切削表面的不連續(xù)性產(chǎn)生的。在機(jī)械加工中內(nèi)孔加工是所占比例較大的一種重要的加工方法，約占整個(gè)加工工作量的14，而深孔加工又在內(nèi)孔加工中占有很大的比例，所以深孔加工問題是否解決好，將會(huì)直接影響機(jī)器產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量。特別是在重型機(jī)器制造業(yè)中，能否掌握它，運(yùn)用自如，將會(huì)對生產(chǎn)有著決定性的影響，也影響到機(jī)器產(chǎn)品的質(zhì)量。而深孔加工中最常見的疑難問題就是細(xì)長車刀和鏜桿的長徑比不夠或動(dòng)剛度不夠，從而不能滿足被加工工件的要求。一般情況下,影響金屬加工表面的質(zhì)量因素有機(jī)床本身、刀具、被加工工件以及其他的外界干擾等。刀具方面的因素主要是刀具的動(dòng)剛度和幾何參數(shù)。對于一般的刀桿,在長徑比超過4倍時(shí)刀具本身將產(chǎn)生振顫,使得加工無法進(jìn)行。鏜孔加工與一般的軸類加工有所區(qū)別。一般的車床車削軸類零件時(shí),為了使刀具的剛度達(dá)到要求,并保證加工的質(zhì)量,刀具的形狀可以選擇得比較粗、短。但是鏜削加工通常在預(yù)先鉆好或者鑄好的孔上進(jìn)行,刀具是在被加工零件內(nèi),刀具的尺寸和形狀都要受到一定限制,造成了刀具的剛度較低,在一定力的作用下,刀桿的彎曲程度主要取決于刀桿的靜剛度,而刀桿的振顫幅度和頻率取決于刀桿的靜剛度和動(dòng)剛度。減小刀桿懸伸長度和增加刀桿的直徑對于減小刀桿的變形量是有利的。但是受加工工件尺寸的限制,改變這兩個(gè)參數(shù)是不現(xiàn)實(shí)的。另外,通過減小切削量來降低切削力也可以達(dá)到減小刀桿變形量的目的,但這樣勢必會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率的下降,而且在某些情況下,即使減小切削力也不能達(dá)到加工要求。為解決此類問題，本文采用內(nèi)置式動(dòng)力減振結(jié)構(gòu)的防振鏜桿，它可以在造價(jià)相對比較低的情況下，實(shí)現(xiàn)較大長徑比。在機(jī)械加工中，利用減振鏜桿，可以提高表面加工質(zhì)量，大大提高工作效率，特別是在深孔加工中運(yùn)用此3減振鏜桿，對提高內(nèi)表面質(zhì)量以及加快切削速度都會(huì)有很大的幫助。減振鏜桿在機(jī)械行業(yè)的研究中，已經(jīng)有很長的歷史了，但減振鏜桿的研究和發(fā)展是比較緩慢的。到目前為止，世界上只有為數(shù)不多的幾家廠商能生產(chǎn)出性價(jià)比較好的產(chǎn)品。目前市場上流行的各種減振鏜桿主要以國外產(chǎn)品為主，比如瑞典的山特維克，美國的肯納，在我國由于試驗(yàn)，調(diào)試過程的復(fù)雜，尚沒有相關(guān)的成熟產(chǎn)品上市。在國外，日本三菱公司和東芝公司已經(jīng)有系列化的產(chǎn)品。三菱公司的設(shè)計(jì)思想是減輕鏜桿的頭部重量，從而使鏜桿的動(dòng)剛度在很大程度上得到改良舊。從材料力學(xué)的角度進(jìn)行分析可以知道，這種刀具利用了細(xì)長杠桿的端部應(yīng)力的邊緣效應(yīng)，即杠桿端部受垂直于杠桿的作用力時(shí)，杠桿端部靠上的那部分的內(nèi)應(yīng)力比較小，因此可以忽略不計(jì)。當(dāng)鏜桿頭部所受的作用力偏離中心時(shí)，頭部遠(yuǎn)離作用力的部分內(nèi)應(yīng)力比較小。所以當(dāng)鏜桿受到偏心力時(shí)，刀頭的那兩部分可以切掉一些，這樣不僅鏜桿頭部的重量減少了很多，而且靜剛度的減少量也較小，同時(shí)鏜桿的動(dòng)剛度在很大程度上的得到了改良。但是應(yīng)當(dāng)指出這種處理辦法還存在很多的問題，其主要問題是采用頭部切除法有很大的局限性，即其長徑比不能達(dá)到太大。東芝公司的減振鏜桿是在刀具的兩邊平行的切掉一部分，再用剛度和強(qiáng)度大的材料嵌在兩邊，從而提高鏜桿的靜剛度。這種鏜桿的原理簡單，其鑲嵌在桿兩側(cè)的硬質(zhì)材料和刀體粘結(jié)程度是影響鏜桿質(zhì)量的關(guān)鍵因素。同時(shí)由于受到兩條加固材料的剛度、厚度和它與桿體粘結(jié)的緊密程度的影響，因此長徑比的值也受一定的局限。美國Kenametal公司生產(chǎn)的減振鏜桿(最大長徑比L/D=8)主要是采用特殊的材料制成，也屬于提高鏜桿靜剛度的一種。瑞典Sandvik公司的減振鏜桿(最大長徑比L/D=16)是目前最先進(jìn)的鏜桿，它所采取的方法是給鏜桿加內(nèi)置減振器。這雖然提高了鏜桿的動(dòng)剛度，但也有它的局限性，例如減振塊的密度不可能太大，阻尼器的壽命嚴(yán)重地影響這種鏜桿的使用壽命