深孔加工刀具系统振动抑制方法研究

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本文研究了深孔钻削加工过程中刀具振动的在线抑制技术,采用理论分析、计算机模拟仿真和实验研究相结合的方法,给出了基于智能材料的深孔刀具振动抑制机理与实现方法,取得了满意的效果。该研究内容对于保证深孔钻削加工质量、提高生产效率及延长刀具的使用寿命等方面都有着重要的意义。具体研究内容及结论如下:  (1)依据深孔切削加工过程中刀具的实际工作特点,从祸合动力学和切厚再生效应机理入手,建立了深孔加工刀具振动的动力学描述。结合现代数值计算方法,分析了在不同的加工转速、工件一刀具系统阻尼及固有频率的影响下,深孔刀具的动态稳定域、振动轨迹及其变化规律。研究结果表明,深孔钻削中刀具的振动行为、加工孔质量与工件一刀具系统的刚度及阻尼有直接关系。若实际加工过程中能动态实时调控系统的刚度及阻尼,则刀具的振动就不会对钻削过程产生太大的影响,也就可以减少刀具的横向位移,从而有效提高孔的表面质量。  (2)在对深孔钻削刀具振动行为进行动力学分析的基础上,提出了新的磁流变液制振构型并引入环形磁场可调布局,使其适应于刀具系统中各辅助支撑点的刚度/阻尼调控,为钻削刀具动态行为的主动控制提供了技术保障。本文提出的设计方案具有制振器本体构型相对简单且体积较小,易于实现各类深孔加工机床刀具系统安装的特点;利用磁流变液体进行钻杆系统的阻尼修正,使得该制振器具有精度和敏捷度高,以及阻尼值调整范围宽的优势;该制振器不仅能满足工件回转型加工工艺的需求,对刀具回转型加工工艺也同样可以实现振动抑制的目的。因此,它具有较好的工艺承接性;  (3)为了验证新型剪力模式制振器的抑振性能,把制振器与传统深孔加工方法结合起来,对新型制振器在深孔钻削加工中的作用效果进行了试验研究,并对加工中钻杆的振动特征和被加工孔的表面质量进行测量。试验结果发现,在外加电流的作用下,钻杆制振器能有效增大结构刚性,改变钻杆振动响应谱峰值的频率和幅值,提高被加工孔的粗糙度。试验结果证实了所提出的基于智能材料的制振器设计方案可行,该方案将为深入探索深孔加工钻杆系统的振动抑制和提升深孔钻削精度奠定基础。
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