航空薄壁件铣削振动控制阻尼器设计、优化及试验研究

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整体薄壁件由于重量轻、强度高等结构特点,已在航空航天、军事工业中得到广泛应用。然而,薄壁件的加工存在刚度低、加工工艺性差,在加工过程中易产生切削振动的问题。本文以一种航空铝合金薄壁零件为研究对象,针对航空薄壁件在铣削过程中产生的振动,设计多种新型阻尼器,通过动态性能测试试验验证阻尼器减振效果,基于有限元优化阻尼器参数。研究内容包括以下几个方面:  (1)找出薄壁件在铣削过程中振动产生的原因,分析薄壁件的加工工艺、装卡方式等,通过监测铣削过程中的振动加速度信号及模态试验,找到零件在加工过程中的薄弱环节,确定零件振动较大的位置点,并结合各种减振方法,确定阻尼器减振方案。  (2)设计了多种阻尼器,粘贴在薄壁件表面,用于减小零件的振动幅值。利用动力吸振、阻尼减振及摩擦减振等减振原理消耗系统的振动能量,达到抑振的目的。此外,针对长径比较大的铣刀,设计了一种减振刀指及一种复合阻尼减振胀棒结构,安装在刀柄为中空结构的铣刀上,用于抑制铣刀的横向振动,提高铣刀极限切削转速,避免切削颤振的发生。  (3)利用Metalmax等试验仪器测试零件的频率响应函数,对比无阻尼器和有阻尼器频响函数幅值的变化,分析阻尼器抑振效果;通过采集分析有无阻尼器时零件在加工过程中的振动加速度信号,实际检测阻尼器减振效果。  (4)建立系统的有限元模型,对振动系统进行动力学仿真,以零件频率响应函数的振动幅值最大值最小化为优化目标,优化阻尼器频率,分析阻尼器频率变化对振动幅值的影响。  (5)为了抑制零件的多阶振动,同时考虑到零件的时变振动特性,提出了一种宽频带多重阻尼器配置方案,可以实现薄壁零件整个铣削加工过程振动的有效控制。通过对装有宽频带多重动力阻尼器的薄壁零件不同壁厚不同位置点的频响幅值进行仿真分析,验证该方法的有效性。
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