Details

Вибрация при обработке на станке является серьезным препятствием для точности обработки и стабильности оборудования, а традиционные пассивные системы гашения вибрации не могут удовлетворить требованиям высокодинамичных условий работы из-за узкого частотного диапазона и недостаточного подавления резонанса. Пружинные демпферы стали актуальной темой исследований в области демпфирования вибрации станков благодаря своей простой конструкции, высокой несущей способности и отсутствию необходимости подвода энергии извне, однако их расчет параметров зависит от эмпирических проб и ошибок и не имеет систематического метода оптимизации. Целью данного исследования является разработка пассивной системы виброгашения для станков на основе пружинных демпферов и улучшение ее широкополосной способности подавления вибраций с помощью метода многоцелевой оптимизации. Во-первых, создана модель динамики станка-пружинного демпфера для анализа влияния параметров жесткости и демпфирования на частотные характеристики системы; во-вторых, предложен алгоритм многоцелевой оптимизации (улучшенный генетический алгоритм) с учетом легких ограничений для оптимизации жесткости пружины, коэффициентов демпфирования и положения крепления; наконец, создана экспериментальная платформа для проверки работоспособности системы с помощью вибрационных испытаний холостого хода и экспериментов по фрезерованию алюминиевого сплава. Эксперименты показали, что оптимизированная система пружинного демпфирования снижает амплитуду резонанса на 35,2% при скорости вращения шпинделя 12000 об/мин и расширяет эффективную полосу подавления вибрации с ±15 Гц до ±50 Гц; при испытаниях на фрезерование в конце работы значение Ra шероховатости поверхности заготовки снижается с 0,75 мкм до 0,32 мкм, а скорость износа инструмента уменьшается на 28%. Оптимизированная система пружинного демпфирования значительно улучшает динамическую стабильность и качество обработки станка, а его модульная конструкция подходит для быстрой установки в промышленных условиях. В будущих исследованиях можно продолжить изучение интеграции интеллектуальных пружин переменной жесткости с технологией «цифрового двойника».

Machine tool vibration is a serious obstacle to the machining accuracy and stability of the equipment, and traditional passive vibration damping systems cannot meet the requirements of highly dynamic working conditions due to the narrow frequency range and insufficient resonance suppression. Spring dampers have become a hot topic in the field of machine tool vibration damping due to their simple structure, high bearing capacity and no need for external energy supply, but their parameter calculation depends on empirical trial and error and has no systematic optimization method. The aim of this study is to develop a passive vibration damping system for machine tools based on spring dampers and improve its broadband vibration damping ability through a multi-objective optimization method. Firstly, a machine tool-spring damper dynamics model is established to analyze the influence of stiffness and damping parameters on the frequency response of the system; Secondly, a multi-objective optimization algorithm (improved genetic algorithm) considering light constraints is proposed to optimize the spring stiffness, damping coefficients and fixing position; finally, an experimental platform is established to verify the performance of the system through no-load vibration testing and aluminum alloy milling experiments. The experiments showed that the optimized spring damping system reduces the resonance amplitude by 35.2% at a spindle speed of 12000 rpm and expands the effective vibration suppression band from ±15 Hz to ±50 Hz; in the milling test at the end of the job, the Ra value of the workpiece surface roughness is reduced from 0.75 μm to 0.32 μm, and the tool wear rate is reduced by 28%. The optimized spring damping system greatly improves the dynamic stability and processing quality of the machine tool, and its modular design is suitable for rapid installation in industrial environments. Future research may further explore the integration of intelligent variable springs with digital twin technology.

• 图纸和视图
  • 模型
• 图纸和视图
  • 模型
• 图纸和视图
  • 模型
• 图纸和视图
  • 模型
• 图纸和视图
  • 模型