附加质量和电涡流阻尼对薄壁件加工振动状态的影响分析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wei370210524
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薄壁件广泛应用于航空航天工业中,具有重量轻、结构效率高等特点。然而由于薄壁件结构复杂且刚性较差,加工工艺性能差,切削过程中容易出现加工振动甚至诱发颤振。颤振会导致工件表面质量恶化,降低薄壁件的生产效率并增大加工成本,有效抑制颤振对于实现薄壁件高质高效加工具有重要意义。因此,为解决薄壁件加工制造难题,针对薄壁件切削颤振问题,以悬臂式薄壁件为研究对象,利用附加质量和电涡流阻尼改善薄壁件加工稳定性从而实现颤振抑制。针对薄壁件铣削动力学建模问题,建立了基于附加质量和电涡流阻尼的铣削动力学模型。研究了考虑再生时滞效应的动态铣削力建模和电涡流阻尼建模;分析了附加质量和电涡流阻尼的抑振机理,在拉格朗日方程的基础上,基于能量法推导了附加质量和电涡流阻尼共同作用时薄壁件的铣削加工动力学方程;运用模态叠加理论,实现了动力学方程解耦与系统降维;对薄壁件铣削过程进行简化,将刀具视为刚性,建立了铣削再生颤振模型,通过稳定性分析获得附加质量和电涡流阻尼对薄壁件加工稳定域的影响规律。基于薄壁件动态特性灵敏度分析和响应面代理模型,提出了附加质量-阻尼优化方法。开展了薄壁件动态特性灵敏度分析,以系统特征值灵敏度为依据,提出了附加质量和电涡流阻尼布局优化方法,通过灵敏度分析算例验证了所提出布局优化方法的可行性;采用响应面代理模型,以薄壁件模态刚度为目标响应建立响应面优化模型,提出了附加质量占比优化方法,运用代理模型对算例系统模态刚度进行了准确预测,验证了所提出附加质量占比优化方法的有效性。针对薄壁件铣削颤振问题,设计了一套薄壁件铣削加工抑振装置。利用Ansys有限元模态分析方法获得薄壁件的模态振型和模态刚度,采取所提出的薄壁件附加质量和电涡流阻尼优化方法,确定附加质量和电涡流阻尼的优化布局以及各附加质量的优化质量占比;通过模态锤击实验获取薄壁件的模态参数,绘制薄壁件铣削加工稳定性叶瓣图,选择适当的切削参数进行多组薄壁件铣削加工实验,对实验结果进行对比分析,验证了附加质量和电涡流阻尼的抑振效果。
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