钢珠式减振器在铣床模型机上的减振实验研究【5张CAD图纸+答辩毕业论文】

钢珠式减振器在铣床模型机上的减振实验研究

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钢珠式减振器在铣床模型机上的

减振实验研究

摘要

   机床减振的实验研究对机床工业向高精密和超高精密方向发展具有重要的现实意义。本文首先对机床振动问题的研究现状和发展趋势、振动的危害及产生的原因进行论述；之后，提出机床减振的各种措施及预防对策；其次，对X62W型万能铣床进行结构分析，依据X62W铣床设计简单的铣床模型机；为了更好的进行减振实验，必须先熟悉操作HP3562A动态分析仪、电动式激振器和其它一些测量仪器；在模型机上不加减振器的情况下，采用正弦和脉冲激励信号分别对其进行激振，测试它的各阶固有频率并分析动态特性；最后，学习了解正交设计的方法和钢珠减振的原理，为减振实验设计正交试验方案；采用钢珠减振器对铣床模型机进行减振实验，并整理分析实验数据，确定钢珠减振的最佳方案。机床减振一直是机床工业各界人士潜心研究的对象，机床抗振性的好坏直接影响到其工作时的加工精度，因此，机床减振问题的研究对整个机械行业都有一定的现实意义。

关键词：减振器，模型机，固有频率，正交设计，动态特性

The Vibration Experimental Study of Steel Ball Type

Shock Absorber on Milling Model Machine

ABSTRACT

The prevention of lathe vibration the experimental study which inspires to the machine tool industry to high to be precise and the superelevation precise direction develops has the important practical significance. This article first vibrates the reason to lathe vibration which the question the research present situation and the development tendency, the vibration harm and produces to carry on the elaboration; Afterwards, proposed the prevention of lathe vibration each kind of measure and the prevention countermeasure which inspires; Next, carries on the structure analysis to the X62W universal milling machine, rests on the X62W milling machine design simple milling machine model machine; In order to better carries on reduces inspires the experiment, must first be familiar with operates the HP3562A dynamic analyzer, the electromotive type driver and other some measurement apparatus; Does not add to the shock absorber on the model machine in the situation, uses the sine and the pulse excitation signal separately carries on to it, tests its various steps inherent frequency and the analysis dynamic characteristic; Finally, the study understood the orthogonal design the method and the steel ball reduce the principle which inspires, for reduces inspires the experiment to design the orthogonal experiment plan; Uses the steel ball shock absorber to carry on to the milling machine model machine reduces inspires the experiment, and the reorganization analysis empirical datum, the definite steel ball reduces the preferred plan which inspires. The prevention of lathe vibration always is an object which the machine tool industry persons from all walks of life concentrates on study, the lathe vibration-proof quality directly affects its work time the processing precision, therefore, the prevention of lathe vibration question the research all to have the certain practical significance to the entire mechanical profession.

KEY WORDS: The shock absorber, Model machine, Inherent frequency, Orthogonal design, Dynamic characteristic

目录

第1章  绪论…………………………………………………………………1

1.1机床振动问题的研究现状和发展趋势 …………………………1

1.2振动的危害及其产生的原因 ……………………………………2

1.3预防机床振动的对策 ……………………………………………3

第2章  铣床模型机的设计…………………………………………………5

2.1  X62W的结构分析 ………………………………………………5

2.2  模型机设计说明 …………………………………………………6

第3章  测试寻找模型机的固有频率………………………………………8

    3.1 实验仪器的介绍 …………………………………………………8

3.1.1 测量仪器 ……………………………………………………9

3.1.2  HP3562动态分析仪简介 …………………………………10

       3.1.3 电动式激振器的简介………………………………………15

3.2模型机动态特性的分析及其固有频率的测试……………………16

3.2.1  模型机动态特性的分析……………………………………16

3.2.2  采用连续正弦激励信号测试模型机的固有频率…………17

3.2.3  采用脉冲激励信号测试模型机的动态特性………………19

3.2.4  结果分析……………………………………………………20

第4章  模型机的减振实验研究……………………………………………20

    4.1  正交试验设计概述…………………………………………………20

    4.2  钢珠减振原理………………………………………………………21

4.3  钢珠式减振实验……………………………………………………21

4.3.1  试验方案一 …………………………………………………22

        4.3.2  试验方案二 …………………………………………………24

       4.3.3  试验方案三 …………………………………………………26

       4.3.4  试验方案四 …………………………………………………27

       4.3.5  试验方案五 …………………………………………………29

参考文献………………………………………………………………………32

致谢……………………………………………………………………………34

第1章  绪  论

1.1 机床振动问题的研究现状和发展趋势

    目前还仅限于普通机床研究、对高速或超高速机床的动态特性的研究还罕见报道。超高速机床具有高刚度、高抗振性，比传动机床动态性能高5—10倍，刚度高50%左右，通常不小于100N/0.001mm的数量级，所以有必要研究超高速机床的动态特性。确定机床结构的振动对加工精度的影响。找出机床的薄弱环节，并从机床结构的动态特性方面，提出一些抑制及改造措施。在超高速机床上进行不同工况条件下的动态特性实验，切削条件下的实验与上面的工艺实验同时进行，主轴转速为1700转/分、9000转/分。实验证明机床的动态性能和各项振动指标为各阶固有频率，各阶振型和阻尼，动刚度及幅频、相频特性。

目前，对机床动态的研究主要有试验模态分析法和有限元法。首先分析各个零部件的结构（如床身、立柱、床头和工作台）在三维软件pro/E中建立CAD模型，分别导入Ansys分析软件中，作模态分析测出固有频率和振型。结合实际结果，找出薄弱零部件，并提出优化方   

 仅分析个别零部件，无法全面反映机床整机的性能，因为各零件之间结合部对整机的动态性能影响很大，所以有必要做包括结合部在内的整机动力学分析。近几年已有北京理工大学、东南大学、上海交通大学等少数研究机构用有限元法分析整机动态性能，他们采用的研究方法各不相同，特别体现在结合部的处理上，精度有高有低，难度有易有难。我们尝试了一种新的方法，在pro/E中装配各种零部件的CAD模型，作为导入专门的前后处理软件Hypermesh中划分网格，再导入Ansys中分析，该方法全部在商品化软件平台上进行。它的优点：1、CAD模型从pro/E导入Hypermesh时，可以保证模型完全准确地导入，不需做任何修改。2、结合部直接采用软件中现有单元，可以方便地调整参数。                                               

    国外，机床结构的动力学修改和动态优化设计等方面的研究发展很快，普通采用有限元法对机床部件及整体进行动态特性分析，并已用于高速机床的开发和研究中。                                                   

    西班牙的M、Zatarain用有限元法对立柱移动式铣床进行模态分析，采用Nastrain和T-deas两种商用软件，建立包括床身、立柱、头架及它们之间的滚动导轨结合部在内的整机模型，并进行了模态分析，可以通过几种方案的比较，选择其中较合理的结构              

   韩国科学技术高级学院Jung DangSuth和Dai HiuLee用有限元法分析高速机床的主轴外壳的阻尼特性，并用有限元法对高速铣床的滑块结构进行分析，得到一种新型的复合结构，不仅减轻质量，还提高了它的阻尼系数。                          

1.2振动的危害及其产生的原因

机床振动是不希望产生的。这是由于振动所产生的噪声可能刺激操作工人，引起疲倦，使其工作效率下降；并且它又可能使机床零件过早出现疲劳破坏，从而使零件的安全程度、可靠性和强度下降；机床的振动还会导致被加工工件的表面粗糙度和精度降低，刀具寿命和生产率下降。因此，必须了解机床振动的规律，并尽可能加以限制。

机床工作时发生的振动基本上分为三大类：一是自由振动，二是受迫振动，三是自激振动。

1.自由振动，是在系统本身所固有的内力作用下发生的，   而不受外力的作用。在自由振动的状态下，系统以它的一个或几个固有频率振动着，这些固有频率是动态系统所具有的特征。自由振动通常是通过地基传来的冲击引起的，有时也是由于往复运动的部件快速反向所引起的。一般来讲，多自由度系统的自由振动是包含几个频率分量的周期振动。

2.受迫振动，即指在外激振力扰动下激发的振动。例如在车床，铣床和磨床上，常见到迴转主轴系统的受迫振动，其频率取决于迴转主轴系统的转速。主要振源有以下这些：（1）地基引起的机床振动。（2）高速迴转的机床不平衡部件和工件引起的振动。（3）机床传动机构的缺陷所引起的振动。（4）切削过程的间歇特性搜引起的振动。（5）往复运动的机床部件的惯性力所引起的振动。

验分析：

本组试验跟方案四有点类似，只是每个槽放两层，二阶弯曲的振动峰值下降了一点。总的来说，减振效果不明显。

结论及展望

      总共做了五组试验，每组试验的各阶振幅都有不同程度的下降，因为影响机床工作的主要是二阶弯曲振动，所以主要研究其二阶的减振效果。方案一、二、四的减振效果明显，最多一次能减将近20mv。钢珠放一号槽时，钢珠的重量有可能导致横梁的进一步弯曲，致使振幅增大。总的来说，钢珠的层数越多越好，放2、3号槽比1号槽好。本次设计我基本上完成了用钢珠式减振器在铣床模型机上的减振实验研究。主要内容就是测试模型机的固有频率，设计正交实验方案和减振实验。机床工作时产生的振动，不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量，而且还要降低生产效率和刀具的耐用度。振动剧烈时甚至会降低机床的使用性能。所以机床减振的研究一直是机械工业里的重要课题，对机床工业的发展起到促进作用，是精密和高精密机床必不可少的研究项目。由于本次设计受各方面因素的限制和本人水平的不足，研究的深度还不够，只能是做为一次对所学知识的简单应用。目前，对机床动态的研究主要有试验模态分析法和有限元法。今后的发展趋势是上述两种方法结合起来，利用试验模态分析结果检验补充和修正原始有限元动力学模型，利用修正后的有限元模型计算结构的动力特性的响应，进行结构的优化设计。

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