高速微孔钻床主轴系统及钻头的动态特性研究

论文题目: 高速微孔钻床主轴系统及钻头的动态特性研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械设计及理论

作者: 玛嘎拉

导师: 谭庆昌

关键词: 转子动力学,微小孔钻床,临界转速,临界压力,动态应力

文献来源: 吉林大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文首先分析了微小孔加工的国内外现状和高速钻削微小孔存在的问题和解决办法,指出钻头的弯曲变形将在钻头横截面上产生应力,而利用测量的钻削轴向力和扭矩不能分析钻头弯曲变形引起的应力,并且对微小钻头折断原因提出了新的见解。接下来,本文介绍了文中使用的有限元法及转子动力学的基础理论。进而,本文依据转子动力学理论,利用Timoshenko梁-轴理论,建立了微孔钻床主轴系统的动力学有限元模型。该模型首次包含了主轴-钻夹头-微钻头系统的偏心、钻削轴向力、系统转动惯性力、陀螺力矩和轴承等因素对微钻头在切削时的弯曲变形的影响。文中对微小孔钻削力的实验测量数据进行了分析,研究了钻削力在钻削过程中的波动情况,并从钻削力角度探讨了微小钻头的折断原因。为了保证推导和计算的准确性,本文还利用现有文献和实验测量对所建立的模型进行了对比检验。最后,本文进行了主轴系统模型临界压力分析、涡动频率分析,对系统进行了数值仿真计算,建立了钻头夹持长度、轴承刚度、轴承阻尼、主轴转速、系统偏心和钻削轴向力等因素与微钻头弯曲变形幅值之间的关系。根据此关系,利用测量的钻削轴向力和钻削扭矩,首次对微钻头危险截面的动态应力进行了分析研究,取得的成果对微小孔钻床的设计和生产实践具有重要的指导意义。

论文目录:

第一章绪论

1.1 微小孔加工的国内外现状

1.2 高速钻削微小孔存在的问题和解决办法

1.3 系统动力学建模分析方法

1.4 选题背景与本文的主要研究内容

第二章有限元法及转子动力学基础

2.1 有限单元法概论

2.2 弯曲梁单元的有限元建模原理

2.3 转子动力学概论

2.4 圆盘转子动力学模型

2.5 Timoshenko梁-轴转子动力学模型的基本理论

第三章高速微孔钻床主轴系统的动力学模型建立

3.1 高速微孔钻床的结构模型

3.2 微小钻头边界条件模型

3.3 轴单元转子动力学模型

3.4 离心力模型

3.5 轴承支承力模型

3.6 主轴系统动力学模型

3.7 主轴系统稳定性原理

3.8 微小钻头的动态应力模型

第四章微小孔钻削力的测量与动力学模型的验证

4.1 微小孔钻削力测量

4.2 压杆稳定性验证

4.3 Timoshenko梁 - 轴转子模型固有频率验证

第五章微小孔钻床主轴系统动态特性的计算分析

5.1 有限元单元的划分

5.2 主轴系统动力特性分析的缺省参数设置

5.3 主轴系统的临界压力、涡动频率分析

5.4 钻削加工过程中主轴系统的动态特性

5.5 钻削加工过程中主轴系统轴段E-F截面上的动态应力

5.6 钻削加工过程中主轴系统的数值仿真

第六章结论

参考文献

攻博期间发表的学术论文及其他成果

致谢

Acknowledgements

摘要

ABSTRACT

发布时间: 2006-01-17

参考文献

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[8].一种变参数螺旋槽深孔麻花钻及其钻削实验研究[D]. 肖思来.湖南大学2013
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高速微孔钻床主轴系统及钻头的动态特性研究

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