[发明专利]一种动力减振镗杆的设计方法

说明书

本发明提出一种动力减振镗杆内置吸振器的参数设计方法，镗杆内部设置空腔，内部安装振芯、橡胶圈和阻尼油组成的动力吸振器系统，本发明的技术方案如下：（1）考虑再生型颤振的产生机理，建立动态切削过程的理论模型和动力学方程；（2）计算临界稳定时极限轴向切削宽度与动力减振镗杆各参数的关系式；（3）以极限轴向切削宽度最大为优化目标，计算动力减振镗杆的最优频率比和最优阻尼的表达式，优化镗杆内置吸振器的刚度和阻尼；（4）数值计算优化内置吸振器的振芯长度。根据计算结果合理选择动力吸振器的参数，能够有效抑制切削过程中的颤振，提高切削系统的颤振稳定性。

技术领域

本发明是关于一种用于孔加工的动力减振镗杆的设计方法，可以抑制切削加工中的颤振现象，属于金属切削加工技术领域。

背景技术

深孔加工是机械加工中的难题，刀具的悬伸量大导致刚度较低，容易产生切削颤振，影响加工零件的精度和表面粗糙度，加剧刀刃的磨损，降低加工效率。

采用动力减振镗杆是解决深孔加工颤振的有效技术途径，动力减振镗杆的减振效果主要取决于内置吸振器的设计。

动力减振镗杆的传统设计方法是将切削力看作一个简谐力，切削过程是一个开环控制系统，没有考虑切削系统的振动运动与工件旋转产生的波动表面之间的相互作用，动力减振镗杆采用传统设计方法颤振稳定性不能达到最优。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种动力减振镗杆的设计方法，能够抑制切削过程中的颤振现象，提高切削稳定性，能够有效提高加工零件质量和加工效率。

本发明所述的动力减振镗杆，包括刀头、橡胶圈、振芯、冷却水管、阻尼油、密封O型圈、镗杆杆体，所述刀头设置在镗杆杆体前端，镗杆杆体内部有一腔体，腔体两端为端盖，端盖内部设有橡胶圈，所述振芯设置在橡胶圈之间，所述阻尼油设置在振芯内部，振芯内部设有冷却水管与水源连通，本发明在最优频率比和最优阻尼比的基础上，优化了动力减振镗杆内置吸振器的振芯长度，提高切削过程的颤振稳定性，提高了深孔加工中的零件精度以及加工效率。

其中端盖、橡胶圈、振芯、阻尼油、端盖构成吸振器。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

建立动态切削过程的理论模型和动力学方程，根据再生型颤振产生原理，镗杆在径向上的弯曲振动y(t)和上一次旋转周期内留下的振动波纹y(t-T)，导致动态切削厚度随着振动频率和主轴转速而变化，因此切削过程的动力学方程表示为：

根据动态切削系统的传递函数的特征方程的根判断切削过程的稳定性，将动力减振镗杆的传递函数分为实部和虚部，可以得到极限轴向切削宽度与镗杆传递函数实部之间的关系式为：

将极限轴向切削宽度b_lim最大作为优化设计目标，得到最优频率比和最优阻尼比为：

结合式(2)、式(3)和式(4)，采用MATLAB软件计算不同振芯长度下的极限轴向切削宽度，极限轴向切削宽度最大时得到最优振芯长度，此时切削过程的颤振稳定性最高。

本发明的有益效果是：

本发明基于再生型颤振产生机理，建立动力减振镗杆动态切削过程的延时反馈控制模型，相比传统的简单的二自由度模型更加准确，更加贴合减振镗杆的实际生产应用。

本发明提出的动力减振镗杆内置吸振器刚度和阻尼的设计方法，以极限轴向切削宽度b_lim

最大作为优化目标，相比传统吸振器优化方法以振幅最小为优化目标，提高了切削过程的颤振稳定性。