深孔加工颤振抑制装置设计与研究

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在深孔的加工过程中,振动的形式一般存在三种:自由振动、强迫振动和颤振(自激振动)。一般情况下,自由振动或者强迫振动采用消除外部激振源的方法可进行抑制,该方法甚至可以达到消除的效果,然而颤振却难以抑制,长久以来都困扰深孔加工技术的发展。在深孔加工的过程中,颤振的发生不仅降低加工效率、刀具损坏、机床加速磨损,而且对加工人员的健康带来不利影响。全面掌握深孔加工过程中颤振产生的机理并对颤振进行有效抑制,对改善加工质量以及降低废品率具有重要的现实意义。针对目前加工深孔过程中颤振难以抑制的问题,本文研究并设计出基于磁流变液机理的深孔加工颤振抑制装置实现对颤振的抑制。首先,建立深孔加工过程的动力学模型并对其稳定性进行分析,由再生型颤振产生机理可知在加工深孔的整个过程中颤振主要是加工中前后两次振痕的相互作用,并且受到切削系统加工的临界条件影响。随后,分析研究主轴转速与深孔加工过程中稳定性的关系,得出变速切削可以有效的抑制颤振;分析切削系统刚度变化对深孔加工稳定性的影响,得出该方法可以起到与变速切削抑振相同的效果,得出深孔加工颤振抑制装置的设计基本原理,为装置设计提供理论基础;分析切削系统阻尼与深孔加工稳定性的关系,得出改变阻尼在颤振抑制上的作用并不明显。其次,分析研究磁流变液材料、磁流变效应的产生机理和磁流变液减振器的原理,完成了深孔加工颤振抑制装置的结构设计以及控制策略的优化选择。建立安装深孔加工颤振抑制装置后深孔加工过程的动力学模型,并对应用该装置后进行抑制效果和参数优化的仿真分析研究。通过对仿真结果的分析,表明采用控制磁流变液磁场的强度进而控制切削系统的固有频率,可以达到通过控制切削系统的固有频率抑制颤振的目的。最后,在深孔加工过程中,通过应用深孔加工颤振抑制装置可以较好的抑制颤振,并且克服了变切削速度和变阻尼抑制方法的不足。
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