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轴向车铣典型工件的动力学研究

作　者: 梁伟
导　师: 姜增辉
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 轴向车铣切削振动动力学建模仿真有限元法
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

车铣技术是当今世界机械加工领域的一项先进制造技术,它是利用铣刀旋转和工件旋转的合成运动来实现对工件的切削加工,主要适用于大型回转体工件及各种弱刚度工件的高效粗加工和精密加工。车铣动力学的研究是车铣基础理论研究的一个重要组成部分。车铣加工中工件和刀具的振动对工件的形状精度、位置精度和表面粗糙度等多方面有很大影响,因此对车铣振动的研究是十分必要的。本文主要对轴向车铣加工典型工件(即细长杆、薄壁回转体工件和型面联接工件)的动力学特性进行了研究。根据弹性体动力学理论,建立了轴向车铣加工弱刚度细长杆和薄壁回转体工件的动力学模型,对加工中强迫振动的共振频率和振动响应进行理论计算,利用有限元分析方法分别对其进行了动力学分析,并用有限元分析结果对建立的动力学模型和计算结果进行了验证。针对轴向车铣大刚度的型面联接工件,建立加工振动微分方程,并根据再生效应建立考虑刀具动态特性和同时考虑刀具、工件动态特性的两种再生颤振仿真模型。利用Matlab中的Simulink模块进行时域仿真,将两种仿真结果进行对比。分析切削深度和刀具转速对再生颤振的影响。研究分析得出了轴向车铣加工弱刚度细长杆和薄壁回转体工件过程中,强迫共振频率和振动响应的理论计算模型,并验证了模型的正确性。通过对轴向车铣型面联接工件再生颤振仿真结果的分析,证实了工件的动力学特性对再生颤振有着显著的影响,是轴向车铣再生颤振仿真模型中不可缺少的。并分析得出振幅随刀具转速的提高而减小,随切削深度的增大而增大。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题提出的背景及意义  10-11
  1.2 车铣技术的介绍  11-15
    1.2.1 车铣技术概念及特点  11-14
    1.2.2 车铣技术国内外研究现状  14-15
  1.3 切削动力学的研究现状  15-19
    1.3.1 车削动力学的研究现状  15-17
    1.3.2 铣削动力学的研究现状  17-18
    1.3.3 车铣动力学的研究现状  18-19
  1.4 课题研究的内容  19-21
第2章轴向车铣细长杆的动力学分析  21-35
  2.1 轴向车铣细长杆的强迫振动数学模型  21-30
    2.1.1 细长杆自由振动分析  21-25
    2.1.2 轴向车铣细长杆的固有频率和主振型  25-28
    2.1.3 轴向车铣细长杆的强迫振动响应  28-30
  2.2 轴向车铣细长杆的振动实例分析  30-33
    2.2.1 振动实例有限元分析  31-32
    2.2.2 振动实例数学模型分析  32-33
  2.3 计算与仿真结果对比  33-34
  2.4 本章小结  34-35
第3章轴向车铣薄壁回转体工件的动力学分析  35-44
  3.1 轴向车铣薄壁回转体振动方程的建立  35-40
    3.1.1 基本方程  35-37
    3.1.2 轴向车铣薄壁回转体的振动响应  37-40
  3.2 轴向车铣薄壁回转体振动实例分析  40-43
    3.2.1 振动实例有限元分析  40-42
    3.2.2 振动实例数学模型分析  42-43
  3.3 计算与仿真结果对比  43
  3.4 本章小结  43-44
第4章轴向车铣型面联接工件的动力学分析  44-59
  4.1 轴向车铣型面联接工件动力学模型的建立  45-46
  4.2 轴向车铣型面联接工件的再生颤振仿真模型的建立  46-48
    4.2.1 T 仿真模型的建立  46-47
    4.2.2 WT 仿真模型的建立  47-48
  4.3 车铣型面联接工件的时域仿真  48-57
    4.3.1 T 模型的时域仿真  48-50
    4.3.2 WT 模型的时域仿真  50-53
    4.3.3 轴向车铣型面联接工件中a_p 和n_t对再生颤振的影响  53-57
  4.4 本章小结  57-59
结论  59-61
参考文献  61-66
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  66-67
致谢  67

轴向车铣典型工件的动力学研究

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