顆粒阻尼及磁流變復合減振鏜刀的研究.pdf

1、切削加工領域中，刀具的切削振動嚴重影響著加工工件的表面質量，制約著加工效率的提高，尤其是對于精密孔、深孔的鏜削加工，因其加工需要的鏜刀長徑比較大，鏜刀的抑振效果必須要好，而普通鏜刀往往滿足不了工件孔加工質量的要求。因此，大長徑比鏜刀的顫振抑制技術已經(jīng)成為重要的研究課題。
　　本文針對大長徑比鏜刀的切削顫振現(xiàn)象，將顆粒阻尼減振技術和磁流變減振技術共同運用于大長徑比鏜刀中，設計出顆粒阻尼及磁流變復合減振鏜刀，不僅可以通過顆粒之間、顆粒

2、與鏜桿腔壁之間的碰撞與摩擦來消耗振動能量，產(chǎn)生減振效果，而且還可以通過磁流變液的阻尼特性、實時調控性改變復合減振鏜刀的固有頻率從而避免共振的發(fā)生，達到抑振的目的。主要研究內(nèi)容與結論如下:
　　1.闡述了課題背景及研究意義，詳細介紹了減振鏜刀的發(fā)展，重點介紹了顆粒阻尼減振技術和磁流變減振技術的工作機理以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出了本文的主要研究內(nèi)容。
　　2.研究了顆粒的物質特性，分別根據(jù)離散單元法與接觸力學原理建立了阻尼顆粒的力

3、學模型，提供了顆粒阻尼系統(tǒng)總接觸力、總扭矩以及能量耗散的計算方法。
　　3.建立了顆粒阻尼鏜刀的動力學模型，并在不同的填充顆粒參數(shù)下對其進行了錘擊與鏜削實驗，以檢驗顆粒阻尼技術在減振鏜刀中的可行性，測試鏜刀的性能，結果表明:填充顆粒直徑越小，密度越大減振效果越好，當填充率為70％時，減振效果最佳;選取合理填充顆粒參數(shù)時，鏜刀阻尼比最高達到4.38％，鏜削后的工件表面粗糙度Ra值最低為1.392μm相比于實心鏜刀降低了50.13％，

4、顆粒阻尼鏜刀切削性能良好。采用正交試驗方法，確定了影響鏜刀切削性能的主要和次要填充顆粒參數(shù)，找到了試驗因素對鏜刀切削性能的影響規(guī)律，最終得出了最優(yōu)方案組合。
　　4.闡述了磁流變液的流變機理，詳細介紹了磁流變液工作模式的分類及原理。根據(jù)四種磁流變液阻尼的動力學模型，建立了一種修正的Bingham模型，該模型既充分體現(xiàn)了磁流變液的阻尼特性，又具備Bingham模型簡單、實用性強的優(yōu)點。建立了簡化的磁流變液流動特性模型，據(jù)此計算出磁流

5、變液的阻尼力。
　　5.介紹了顆粒阻尼及磁流變復合減振鏜刀的結構組成、裝配方式以及工作原理。鏜桿采用了三段式以對焊工藝進行連接，選定了鏜桿材料，根據(jù)材料力學原理結合估算法確定出鏜桿的尺寸;選定了磁流變減振系統(tǒng)的材料，考慮到結構尺寸限制，設定了磁流變減振系統(tǒng)的長度和鏜桿軸肩的高度，依據(jù)理論，選取了磁流變減振系統(tǒng)三種主要結構參數(shù)各三組值作為下一步正交試驗的因素水平，通過查詢手冊與國標確定出勵磁線圈的電流密度和型號，并根據(jù)安培環(huán)路定理算

6、出其匝數(shù)，構造L9(34)正交試驗表，以ANSYS二維靜態(tài)磁場分析得到的阻尼通道處的磁感應強度為評價指標，通過極差分析確定出磁流變減振系統(tǒng)的尺寸，最終設計出顆粒阻尼及磁流變復合減振鏜刀。
　　6.利用ANSYS對復合減振鏜桿進行模態(tài)分析研究其前四階固有頻率與振型，結果表明:隨著勵磁線圈電流從0A增大到2A其各階固有頻率都得到提高，一階固有頻率從450.69Hz提高到了505.81Hz，各階振型的相對位移降低，復合減振鏜桿具有良好的