基于粘弹性材料的五轴铣削加工被动抑振技术

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1、基于粘弹性材料的五轴铣削加工被动抑振技术术杨毅青，裴行政，林境巢(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)[摘要】针对薄壁件在铣削过程中极易出现颤振，且动力学特性快速变化导致切削稳定性多变的特点，研究基于粘弹性材料的被动阻尼技术，以增加薄壁零件阻尼、提升切削稳定性。提出阻尼层、约束层以及质量层的设计方案，模态试验表明该技术能大幅提升薄壁件阻尼，且对多阶振动模态有抑制作用。最后，将其应用于薄壁s样件的五轴铣削加工试验，多组切削参数下的试验结果表明，工件切削振动幅值最大可下降约97％。关键词：

2、薄壁件；被动阻尼；粘洋陆材料；五轴铣削VibrationAttenuationofFive-AxisMillingBasedonViscoelasticDampingMaterialYANGYiqing，PEIXingzheng，LINJingshen(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeihangUniversity,Beijing100191，China)【ABSTRACT】Chattereasilyoccursduringthemillingpr

3、ocessofthin—walledpart，andthestabilitylimitisvariedduetothechangingofpartdynamics．Thepassivedampingtechnologybasedonviscoelasticmaterialisinvestigatedinordertopromotethedampingratioandmachiningstabilityofthethin-walledpart．Amethodologyconsistingofdampingl

4、ayer,restraintlayerandmasslayerisproposed．Modaltestsshowthatitiseffectiveindampingmultiplemodes．Finally,itisap-pliedtothefive-axismillingofthin—walledSpart．Experimentsundermultipleconfigurationsofcuttingparametersshowthatthevibrationamplitudeisdecreasedby

5、97％．Keywords：Thin·-walledpart；Passivedamping；Viscoelasticmaterial；Five··axismillingDoI：10．16080／j．issnl671·833x．2017．07．078薄壁件在航空航天结构中普遍存在，且加工精度及表面质量要求极高。由于其具备的弱刚性特征，在切削时极易发生变形与颤振，难以达到加工要求。针对切削振动抑制，目前常采用的方法包括切削工艺优化、刚度提升(如采用辅助支撑)或阻尼提升(如主、被动控制)措施等n】。其中，被动控制

6、是现有切削加工中较普遍采用的抑振技术，实施方便、效果明显，主要可分为动力吸振和耗能减振。以调谐质量阻尼器为代表的动力吸振方式结构简单、针对性强。调谐质量阻尼器形式多样，单自由度阻尼器是其最常用的一种，缺点是只能抑制单一特定模态，带宽较窄旺]。Sims【31提出了单自由度阻尼器抑制颤振的解析优化准则。Moradil4J以刀具振动最小化为目的，研究了多组铣削条件下阻尼器位置与刚度的优化。相比单自由度阻尼器，多重自由度及多自由度阻尼器抑振性能优越，但相应的结构设计、参数优化及试验实现均较复杂，在面对具有多阶振动

7、模态和动力学特性快速多。基金项目：国家自然科学基金项目(51675032)、国家科技重大专项(2014ZX04012013)。78航空制造技术·2017年第7期变的薄壁零件切削时适应性不足[5-61。耗能减振通过增加结构阻尼，利用相对运动直接消耗动能量，具体包括粘弹性、粘滞性、摩擦和冲击阻尼器等。Ziegea等”】基于库仑摩擦理论提出了一种指状摩擦减振铣刀，并从理论和试验方面论证了该铣刀对高频振动的抑制效果。Biju等隅1基于颗粒减振原理开发了一种减振镗杆，通过改变填充颗粒的直径和填充比提高了被加工零件的

8、表面质量。Kolluru等p1提出了在工件表层粘贴薄柔性层与质量块的阻尼减振方案，以应用于各种复杂几何形状的大型薄壁件及其装配体。杨毅青”0‘111等提出适用于弱刚性结构件数控加工振动抑制的电涡流阻尼器结构。相比于动力吸振方式，耗能减振有助于提升系统阻尼，且抑振效果受目标模态动力学参数变化的影响较小，因此适合具备多阶弱刚性模态的薄壁件切削振动抑制。针对薄壁件切削过程中动力学特性多变与动力吸振阻尼器适应性不足等问题，通过借鉴耗能