[发明专利]减小深孔加工镗杆自激振动的方法及其动力减振镗杆

说明书

技术领域

本发明是关于减小深孔加工镗杆自激振动的方法，尤其是减小小直径深孔加工镗杆自激振动的方法，本发明还涉及使用该方法的制造的动力减振镗杆。

背景技术

深孔加工是金属切削领域内公认的技术难题，有时不得不牺牲产品性能来适应加工工艺要求。而深孔底部的瓶腔加工难度更大，如图6所示的深孔瓶腔结构的工件，使得镗杆的直径受到进一步的制约，结构受到更大的限制。在孔的镗削过程中，长径比小于4的镗杆在加工工件时不会产生振动。当镗杆长径比从4增加到10时，镗杆本身的刚度已经明显达不到加工的要求。在镗削加工过程中，由于镗杆受到持续的切削力的作用，镗杆将产生自激振动，使加工精度和表面质量降低。降低切削用量只能在一定程度上降低切削力，从而降低振动的振幅，但会导致劳动生产率降低。因此为了解决深孔瓶腔加工问题，国内外学者都进行了大量的研究工作。针对深孔瓶腔零件加工，有许多方法。其中一种是采用动力减振镗刀进行镗孔。[1]在1997年的《工具技术》杂志第31卷19～21页报道了李启堂等人将动力减振器应用于镗杆减振过程，可有效避免加工过程颤振现象的发生的方法。[2]在2003年长春理工大学硕士论文《减振刀杆的研制与开发》建立了动力减振刀杆的数学模型，对减振器进行了理论优化。[3]在2006年哈尔滨理工大学硕士论文《深孔加工动力减振镗杆的动力学仿真与参数优化分析》利用虚拟样机技术对动力减振镗杆进行了仿真分析和优化。目前国内大多只对动力减振镗杆进行理论分析和仿真分析，还没有设计一套能实际引用的镗杆，并且没有在实验室和现场加工加以验证。

发明内容

本发明目的是提出一种镗杆在切削过程中吸收振动能量，抑制自激振动，提高深孔瓶腔工件加工质量，能够有效减小或消除深孔加工镗杆自激振动的方法，尤其是减小或消除小直径深孔加工镗杆自激振动的方法及其动力减振镗刀。

本发明的目的可以通过以下措施来到达。本发明提出的一种减小直径深孔加工镗杆自激振动的方法，其特征在于包括如下步骤，

(1)建立动力减振镗杆的理论模型，并对其进行优化，得到优化初始值和初步的结构设计值；然后根据振动理论建立振动方程和减振模型；

(2)在理论模型的基础上建立仿真模型，并对其进行优化。根据优化计算结果设计镗杆，选用减振器参数，只需通过仿真模型重新进行优化计算，就可得到新的减振器参数，调整动力减振器；

(3)选用有限元分析软件ANSYS和多体动力学仿真软件ADAMS联合建立减振系统的动力学仿真模型。在ANSYS中对镗杆模型进行网格划分，得到镗杆的模态，将包含镗杆模态的mnf文件导入ADAMS中；在ADAMS刚体中，通过节点与柔体连接起来，组成刚柔混合体模型；

(4)根据上述模型设计物理减振镗杆模型；

(5)通过仿真优化结果选择减振棒；将两端套橡胶圈的减振棒，深入在一端由堵头密封，内腔充满阻尼液的镗杆内孔组成减振器。

一种使用所述减小深孔加工镗杆自激振动方法制造的动力减振镗杆，具有一个由螺钉连接刀头的镗杆，其特征在于，镗杆是一个中空带盲孔的圆柱体，其孔内装有两端套有环形橡胶圈的管状减振器和被堵头密封在镗杆管孔内的阻尼液。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

利用本发明在理论模型的基础上建立的动力减振镗杆仿真模型，选用减振器参数设计的减振器，结构简单，拆卸方便，并可以随时根据需要修改动力减振镗刀减振器参数，可以很方便的通过仿真模型重新进行优化计算，得到新的减振器参数，调整动力减振器。由减振棒、阻尼液和橡胶圈组成的减振器，镗杆在切削过程中吸收振动能量，实现减振。有效抑制了加工中的振动，提供的被动式可调的动力减振镗刀系统，解决并减小了深孔瓶腔加工镗杆自激振动的问题，提高了深孔瓶腔加工的质量。

本发明采用虚拟样机技术，使用仿真模型设计物理模型，大大减少了镗杆的研发时间，并且为后续减振器参数的调整，提供了仿真模型，扩大了减振镗杆的应用范围。本发明的目的针对深孔瓶腔零件设计的专用的动力减振镗杆，与普通镗杆相比，在加工中减振效果比较好，没有出现让刀。

附图说明

为了更清楚地理解本发明，现将通过本发明实施例，同时参照附图，来描述本发明，其中：

图1是本发明减小深孔加工镗杆自激振动的方法流程图。

图2是本发明方法建立动力减振镗杆的理论模型的力学模型的示意图。

图3是本发明动力减振镗杆幅频曲线示意图。

图4是本发明动力减振镗刀与普通镗刀镗孔时测得的幅频响应曲线的对比图。

图5是本发明动力减振镗杆的构造示意图。