畢業(yè)設計(雨辰)鋼珠式減振器在銑床模型機上的減振實驗研究【全套圖紙】(共12頁)

1、目錄(ml)第1章 緒論(xln)1機床振動(zhndng)問題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1振動的危害及其產(chǎn)生的原因 2預防機床振動的對策 3第2章 銑床模型機的設計52.1 X62W的結構分析 52.2 模型機設計說明 6第3章 測試尋找模型機的固有頻率8 3.1 實驗儀器的介紹 83.1.1 測量儀器 93.1.2 HP3562動態(tài)分析儀簡介 10 3.1.3 電動式激振器的簡介15模型機動態(tài)特性的分析及其固有頻率的測試163.2.1 模型機動態(tài)特性的分析163.2.2 采用連續(xù)正弦激勵信號測試模型機的固有頻率173.2.3 采用脈沖激勵信號測試模型機的動態(tài)特性193.2.4 結果分析20第4

2、章 模型機的減振實驗研究20 4.1 正交試驗設計概述20 4.2 鋼珠減振原理214.3 鋼珠式減振實驗214.3.1 試驗(shyn)方案一 22 4.3.2 試驗(shyn)方案二 24 4.3.3 試驗(shyn)方案三 26 4.3.4 試驗方案四 27 4.3.5 試驗方案五 29 結論及展望. 30參考文獻32致謝34附錄35第1章 緒 論1.1 機床振動問題(wnt)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 目前還僅限于普通機床研究、對高速或超高速機床的動態(tài)(dngti)特性的研究還罕見報道。超高速機床具有高剛度、高抗振性，比傳動機床動態(tài)性能高510倍，剛度高50%左右，通常不小于100N/0.0

3、01mm的數(shù)量級，所以有必要研究超高速機床的動態(tài)特性。確定機床結構的振動對加工精度的影響。找出機床的薄弱環(huán)節(jié)，并從機床結構的動態(tài)特性方面，提出(t ch)一些抑制及改造措施。在超高速機床上進行不同工況條件下的動態(tài)特性實驗，切削條件下的實驗與上面的工藝實驗同時進行，主軸轉(zhuǎn)速為1700轉(zhuǎn)/分、9000轉(zhuǎn)/分。實驗證明機床的動態(tài)性能和各項振動指標為各階固有頻率，各階振型和阻尼，動剛度及幅頻、相頻特性。目前，對機床動態(tài)的研究主要有試驗模態(tài)分析法和有限元法。首先分析各個零部件的結構（如床身、立柱、床頭和工作臺）在三維軟件pro/E中建立CAD模型，分別導入Ansys分析軟件中，作模態(tài)分析測出固有頻率和振

4、型。結合實際結果，找出薄弱(b ru)零部件，并提出優(yōu)化方案。 僅分析個別零部件，無法全面反映機床整機的性能，因為各零件之間結合部對整機的動態(tài)性能影響很大，所以有必要做包括結合部在內(nèi)的整機動力學分析。近幾年已有北京理工大學、東南大學、上海交通大學等少數(shù)研究機構用有限元法分析整機動態(tài)性能，他們采用的研究方法各不相同，特別體現(xiàn)在結合部的處理上，精度有高有低，難度有易有難。我們嘗試了一種新的方法，在pro/E中裝配各種零部件的CAD模型，作為導入專門的前后處理軟件Hypermesh中劃分網(wǎng)格，再導入Ansys中分析，該方法全部在商品化軟件平臺上進行。它的優(yōu)點：1、CAD模型從pro/E導入Hyper

5、mesh時，可以(ky)保證模型完全準確地導入，不需做任何修改。2、結合部直接采用軟件中現(xiàn)有單元，可以方便地調(diào)整參數(shù)。 國外，機床結構的動力學修改和動態(tài)優(yōu)化設計等方面(fngmin)的研究發(fā)展很快，普通采用有限元法對機床部件及整體進行動態(tài)特性分析，并已用于高速機床的開發(fā)和研究中。 西班牙的M、Zatarain用有限元法對立柱移動式銑床進行模態(tài)分析，采用Nastrain和T-deas兩種商用軟件，建立包括床身、立柱、頭架及它們之間的滾動導軌結合部在內(nèi)的整機模型，并進行了模態(tài)分析，可以通過幾種方案的比較，選擇其中較合理的結構。 韓國科學技術高級學院Jung DangSuth和Dai HiuLee用

6、有限元法分析高速機床的主軸外殼的阻尼特性，并用有限元法對高速銑床的滑塊結構進行分析，得到一種新型的復合結構，不僅減輕質(zhì)量，還提高了它的阻尼系數(shù)。 1.2振動的危害及其產(chǎn)生(chnshng)的原因機床振動是不希望產(chǎn)生的。這是由于振動所產(chǎn)生的噪聲可能刺激操作工人，引起疲倦，使其工作效率下降；并且它又可能使機床零件過早出現(xiàn)疲勞破壞，從而使零件的安全程度、可靠性和強度下降；機床的振動還會導致被加工工件(gngjin)的表面粗糙度和精度降低，刀具壽命和生產(chǎn)率下降。因此，必須了解機床振動的規(guī)律，并盡可能加以限制。機床工作時發(fā)生的振動(zhndng)基本上分為三大類：一是自由振動，二是受迫振動，三是自激振動

7、。1.自由振動，是在系統(tǒng)本身所固有的內(nèi)力作用下發(fā)生的， 而不受外力的作用。在自由振動的狀態(tài)下，系統(tǒng)以它的一個或幾個固有頻率振動著，這些固有頻率是動態(tài)系統(tǒng)所具有的特征。自由振動通常是通過地基傳來的沖擊引起的，有時也是由于往復運動的部件快速反向所引起的。一般來講，多自由度系統(tǒng)的自由振動是包含幾個頻率分量的周期振動。2.受迫振動，即指在外激振力擾動下激發(fā)的振動。例如在車床，銑床和磨床上，常見到迴轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)的受迫振動，其頻率取決于迴轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。主要振源有以下這些：（1）地基引起的機床振動。（2）高速迴轉(zhuǎn)的機床不平衡部件和工件引起的振動。（3）機床傳動機構的缺陷所引起的振動。（4）切削過程的間歇特

8、性搜引起的振動。（5）往復運動的機床部件的慣性力所引起的振動。3.自激振動，或稱顫振，是刀具和工件之間自發(fā)產(chǎn)生的振蕩，可以根據(jù)其振幅突然增長的特點來加以識別。自激振動是由機床本身所產(chǎn)生的。通常是由于切削過程的動態(tài)不穩(wěn)定或在導軌上運動質(zhì)量的動態(tài)不穩(wěn)定（爬行）或液壓伺服機構的動態(tài)不穩(wěn)定等原因造成的。發(fā)生自激振動的原因，主要由以下這些（1）切削過程中，由于存在欠阻尼特性而引起初生顫振。（2）前一次在工件表面產(chǎn)生的振紋，將使第二次走刀的切削深度發(fā)生周期性的變化，從而產(chǎn)生交力而加強顫振。（3）由于機床結構本身特性所引起的機床顫振。機床的加工質(zhì)量主要是由靜態(tài)精度和動態(tài)特性決定，在機床設計中往往已經(jīng)確定其工

9、作范圍，在機床的使用中若在這個工作范圍內(nèi)達不到所需要的加工精度，往往都是由振動引起(ynq)的，而靜態(tài)精度則是可以通過調(diào)整機床達到的，動態(tài)性能在傳統(tǒng)的機床設計方法中很難實現(xiàn)，而在現(xiàn)代設計方法中，即虛擬樣機技術則可以通過物理仿真提前對機床性能進行了解。振動對加工的影響主要有：1、工件加工質(zhì)量下降。2、產(chǎn)生大量噪音。3、加工效率下降。4、振動引起工藝系統(tǒng)承受動態(tài)交變載荷，對機床薄弱環(huán)節(jié)易產(chǎn)生破壞。 1.3預防機床(jchung)振動的對策隨著生產(chǎn)技術的不斷發(fā)展，對零部件加工質(zhì)量要求的日益提高，防止和消除機床的振動已成為迫切需要解決的問題。當開動(kidng)機床進行加工時，由于機床各運動部分彼此發(fā)

10、生一定規(guī)律的相對運動，因而其摩擦表面上必然有摩擦作用著，機床回轉(zhuǎn)部分不平衡等因素必將使回轉(zhuǎn)系統(tǒng)受到離心力的作用，切削過程中刀具切入工件的金屬層，將會使整個機床系統(tǒng)受到切削力作用，這些作用力并非保持常值，有的是周期性變化的；有的可能同系統(tǒng)某些元件的剛度軸線有一定的方位關系等，這些力在某些條件下會起一定的激振作用，從而使整個機床系統(tǒng)或其零部件發(fā)生各種類型的振動。一般說來，許多彈性振動部件系統(tǒng)都可背簡化成單自由度振動系統(tǒng)，其振幅的一般表示為： （11）式中A表示(biosh)振幅,P是激振力，K是系統(tǒng)剛度，是 固有頻率( yu pn l)，是激振頻率(pnl)，是阻尼。由此可見，為減少機床振動的振幅

11、，必須做到：減少激振力P增大系統(tǒng)中的剛度K增大系統(tǒng)的阻尼提高系統(tǒng)的固有頻率或改變激振頻率，以使兩者遠離。 為了減小振動帶來的種種危害，減小甚至消除振動是很有必要的。主要方法有：1、減少外界振動干擾。2、隔離振源。3、提高機床加工系統(tǒng)的抗振性、增大系統(tǒng)阻尼。4、使用減振器。5、調(diào)整振源頻率，避免產(chǎn)生共振。一般說來，增強“機床刀具工件”工藝彈性系統(tǒng)的剛度，是提高工藝系統(tǒng)抗振性從而防止振動的最普遍方法，它在任何情況下可用來防止受迫振動和自激振動，并能消除破壞工作過程平穩(wěn)進行的個別沖擊因素的影響。因此，為了提高整個工藝系統(tǒng)的剛度，增強工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，特別是切削力傳遞路線上最薄弱環(huán)節(jié)的剛度，顯然是很重要

12、的。當減輕零件的重量既不會降低系統(tǒng)的剛度，也不會使系統(tǒng)特性發(fā)生其他不利的變化時，減輕主振系統(tǒng)的質(zhì)量同提高系統(tǒng)剛度的作用一樣，都能提高系統(tǒng)的固有振動頻率，從而減小了振動的振幅，即起了提高系統(tǒng)抗振性的作用。必須指出，增加振動系統(tǒng)的阻尼，例如適當調(diào)節(jié)零件某些配合處的間隙，以及采用阻尼消振裝置等，將增強系統(tǒng)對激振能量的耗散作用，從而就能防止和消除振動，保證系統(tǒng)平穩(wěn)的工作。當振動發(fā)生以后，減小激發(fā)振動的激振力，即減小受迫振動時的外激振力，或自激振動時的內(nèi)激振力，往往是必須采取的消振措施。對于前者例如可減少回轉(zhuǎn)零件的不平衡度；對于后者則借助于改變切削條件等方法。第2章 銑床模型(mxng)機的設計2.1

13、X62W的結構(jigu)分析X62W型萬能臥式銑床是目前結構比較緊湊，用途比較廣泛的一種銑床。其主要特點是：轉(zhuǎn)速高（最高可達1500轉(zhuǎn)/分）、功率大（主電動機功率為7.5kw），剛性好，操作比較方便。工作臺裝有絲杠間隙消除機構，可以進行順銑、逆銑以及高速銑削。并且工作臺可以進行橫向、縱向、升降三個方向移動，縱向行程可以 實現(xiàn)自動循環(huán)(xnhun)和半自動循環(huán)運動。圖（21）X62W銑床X62W銑床可以用圓柱、圓片、角度、成形、端面及棒形等銑刀進平面、斜面、溝槽、角度、成形面及切斷等加工。使用分度頭，可用來進行花鍵軸、離合器、齒輪及螺旋線等銑削，同時還可用來進行鏜孔。由于這種銑床的縱向工作臺能

14、正反扳專450 ，可以銑削帶螺旋線的工件，如鉆頭、鉸刀、斜齒輪等，也可以給各種刀具開齒，用途比普通銑床廣泛得多。X62W萬能升降臺銑床的主要組成部分及用途如下：結論及展望 總共做了五組試驗，每組試驗的各階振幅都有不同程度的下降，因為影響機床工作的主要是二階彎曲振動，所以主要研究其二階的減振效果。方案一、二、四的減振效果明顯，最多一次能減將近20mv。鋼珠放一號(y ho)槽時，鋼珠的重量有可能導致橫梁的進一步彎曲，致使振幅增大?？偟膩碚f，鋼珠的層數(shù)越多越好，放2、3號槽比1號槽好。本次設計我基本上完成了用鋼珠式減振器在銑床模型機上的減振實驗研究。主要內(nèi)容就是測試模型機的固有頻率，設計正交實驗方

15、案和減振實驗。機床工作時產(chǎn)生的振動，不僅會影響機床的動態(tài)精度和被加工零件的質(zhì)量(zhling)，而且還要降低生產(chǎn)效率和刀具的耐用度。振動劇烈時甚至會降低機床的使用性能。所以機床減振的研究一直是機械工業(yè)里的重要課題，對機床工業(yè)的發(fā)展起到促進作用，是精密和高精密機床必不可少的研究項目。由于本次設計受各方面因素的限制和本人水平的不足，研究的深度還不夠，只能是做為一次對所學知識的簡單應用。目前，對機床動態(tài)的研究主要有試驗模態(tài)分析法和有限元法。今后的發(fā)展趨勢是上述兩種方法結合起來，利用試驗模態(tài)分析結果檢驗補充(bchng)和修正原始有限元動力學模型，該套資料完整圖紙，請口口：一三三 四零玖 五八伍四利用

16、修正后的有限元模型計算結構的動力特性的響應，進行結構的優(yōu)化設計。參考文獻1鄭偉中，機床的振動(zhndng)及其防治M，北京：科學出版社，1981。2戴曙，金屬切削機床設計M，北京：機械(jxi)工業(yè)出版社，1985。3英M.M.薩迪克，機床(jchung)動力學M，華中工學院機械工程研究所譯，武漢：華中工學院，1980。4楊，唐恒齡，廖伯瑜，機床動力學M，北京：機械工業(yè)出版社， 1983。5黃長藝，嚴普強，機械工程測試技術基礎M，北京：機械工業(yè)出版社，1984。6關穎男，施達德，試驗設計方法入門，北京：冶金工業(yè)出版社，1985。7鄭兆昌，機械振動(上冊)、（中冊）M，北京：機械機械工業(yè)出版社

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