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深孔加工中振动产生原因以及减振方法研究

作　者: 赵如意
导　师: 关世玺
学　校: 中北大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 深孔加工切削颤振电流变液电流变液减振器
分类号: TG523
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

深孔钻削加工中，存在由机床本身产生的或通过地基传来的自由振动，由不平衡作用等引起的强迫振动，还有工件和深孔钻之间经常发生的强烈颤振，前两类振动在试制阶段就能找到必要的解决办法并消除掉，但对于颤振除了减少金属切削率很难找到其它补救办法，而且颤振降低加工质量，降低刀具和机床的使用寿命，所以对颤振的研究具有一定的实际意义。电流变液是一种能在外加电场作用下实现流变特性变化的可控流体，其粘度、屈服应力和剪切模量在外加电场下毫秒内会急剧增大，而且在撤除外加电场后又能瞬时恢复至原来的状态，因此其在振动控制方面有着潜在的应用前景。针对深孔钻削加工中的颤振问题，本文提出利用电流变液来抑制颤振的发生。首先分析了深孔钻削过程中的振动情况以及颤振产生的原因，其中再生型颤振被证明是最主要的自激振动机理，在此基础上研究了深孔钻削过程的动力学模型，得到其运动微分方程及颤振发生时的动态钻削力计算公式。其次分析了电流变液的机理和电流变液减振器的原理，设计了应用于深孔机床的减振器，并研究了理论模型，最后得到其应用于深孔机床的动力学模型及动力学方程，利用Matlab中的Simulink组件对动力学方程进行了仿真，仿真表明减振器对颤振有很好的抑制作用。最后通过由3YD34型压电加速度计为测振元件的振动监测系统对卧式Z8016的深孔机床钻削过程进行了监测，采集了机床平稳钻削、发生颤振和安装减振器后的振动信号，对比分析三种信号的特点，结果证明减振器对深孔钻削的颤振有一定的抑制效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 引言  9
  1.2 深孔加工的现状及发展  9-11
  1.3 机床切削颤振控制的研究现状  11-13
  1.4 课题的意义，目的及主要内容  13-14
2 深孔钻削加工稳定性分析  14-39
  2.1 引言  14
  2.2 机床振动理论概要  14-33
    2.2.1 机床切削过程中的颤振  16-32
    2.2.2 提高机床切削稳定性的基本途径  32-33
  2.3 深孔钻削过程中的振动分析  33-38
    2.3.1 深孔钻削加工过程的动力学模型  33-35
    2.3.2 深孔钻削加工在颤振发生时动态钻削力的计算  35-37
    2.3.3 针对深孔钻削加工中颤振的分析  37-38
  2.4 本章小结  38-39
3 电流变材料的机理  39-47
  3.1 引言  39
  3.2 电流变液的组成  39-40
  3.3 电流变液的特性  40-42
  3.4 电流变效应的机理  42-44
  3.5 电流变效应的影响因素  44-46
  3.6 实验用电流变液  46
  3.7 本章小结  46-47
4 基于ERF 减振器及应用于深孔钻削加工振动的理论研究与仿真分析  47-60
  4.1 引言  47
  4.2 电流变液减振器的原理及设计  47-52
    4.2.1 电流变液减振器的工作原理  47-49
    4.2.2 电流变液减振器的设计  49-51
    4.2.3 电流变液减振器理论模型分析  51-52
  4.3 电流变液减振器应用于深孔机床的动力学模型分析与仿真  52-59
    4.3.1 数学模型的建立  52-54
    4.3.2 仿真研究方法  54-55
    4.3.3 系统仿真模型的建立  55-59
  4.4 本章小结  59-60
5 电流变液减振器应用于深孔钻削加工振动抑制的试验研究  60-67
  5.1 引言  60
  5.2 实验方案设计  60-64
    5.2.1 实验系统原理图以及实验装置仪器的介绍  60-63
    5.2.2 深孔钻削测试条件及方案  63-64
  5.3 实验结果与分析  64-66
  5.4 本章小结  66-67
6 结论与展望  67-69
  6.1 本文总结  67
  6.2 未来展望  67-69
参考文献  69-74
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  74-75
致谢  75

深孔加工中振动产生原因以及减振方法研究

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