[發明專利]一種動力減振鏜桿的設計方法

在審

• 申請號: 201810506443.6
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108681647A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 孫蓓蓓;何苗;李烈
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發明提出一種動力減振鏜桿內置吸振器的參數設計方法，鏜桿內部設置空腔，內部安裝振芯、橡膠圈和阻尼油組成的動力吸振器系統，本發明的技術方案如下：（1）考慮再生型顫振的產生機理，建立動態切削過程的理論模型和動力學方程；（2）計算臨界穩定時極限軸向切削寬度與動力減振鏜桿各參數的關系式；（3）以極限軸向切削寬度最大為優化目標，計算動力減振鏜桿的最優頻率比和最優阻尼的表達式，優化鏜桿內置吸振器的剛度和阻尼；（4）數值計算優化內置吸振器的振芯長度。根據計算結果合理選擇動力吸振器的參數，能夠有效抑制切削過程中的顫振，提高切削系統的顫振穩定性。

技術領域

本發明是關于一種用于孔加工的動力減振鏜桿的設計方法，可以抑制切削加工中的顫振現象，屬于金屬切削加工技術領域。

背景技術

深孔加工是機械加工中的難題，刀具的懸伸量大導致剛度較低，容易產生切削顫振，影響加工零件的精度和表面粗糙度，加劇刀刃的磨損，降低加工效率。

采用動力減振鏜桿是解決深孔加工顫振的有效技術途徑，動力減振鏜桿的減振效果主要取決于內置吸振器的設計。

動力減振鏜桿的傳統設計方法是將切削力看作一個簡諧力，切削過程是一個開環控制系統，沒有考慮切削系統的振動運動與工件旋轉產生的波動表面之間的相互作用，動力減振鏜桿采用傳統設計方法顫振穩定性不能達到最優。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種動力減振鏜桿的設計方法，能夠抑制切削過程中的顫振現象，提高切削穩定性，能夠有效提高加工零件質量和加工效率。

本發明所述的動力減振鏜桿，包括刀頭、橡膠圈、振芯、冷卻水管、阻尼油、密封O型圈、鏜桿桿體，所述刀頭設置在鏜桿桿體前端，鏜桿桿體內部有一腔體，腔體兩端為端蓋，端蓋內部設有橡膠圈，所述振芯設置在橡膠圈之間，所述阻尼油設置在振芯內部，振芯內部設有冷卻水管與水源連通，本發明在最優頻率比和最優阻尼比的基礎上，優化了動力減振鏜桿內置吸振器的振芯長度，提高切削過程的顫振穩定性，提高了深孔加工中的零件精度以及加工效率。

其中端蓋、橡膠圈、振芯、阻尼油、端蓋構成吸振器。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

建立動態切削過程的理論模型和動力學方程，根據再生型顫振產生原理，鏜桿在徑向上的彎曲振動y(t)和上一次旋轉周期內留下的振動波紋y(t-T)，導致動態切削厚度隨著振動頻率和主軸轉速而變化，因此切削過程的動力學方程表示為：

根據動態切削系統的傳遞函數的特征方程的根判斷切削過程的穩定性，將動力減振鏜桿的傳遞函數分為實部和虛部，可以得到極限軸向切削寬度與鏜桿傳遞函數實部之間的關系式為：

將極限軸向切削寬度b_lim最大作為優化設計目標，得到最優頻率比和最優阻尼比為：

結合式(2)、式(3)和式(4)，采用MATLAB軟件計算不同振芯長度下的極限軸向切削寬度，極限軸向切削寬度最大時得到最優振芯長度，此時切削過程的顫振穩定性最高。

本發明的有益效果是：

本發明基于再生型顫振產生機理，建立動力減振鏜桿動態切削過程的延時反饋控制模型，相比傳統的簡單的二自由度模型更加準確，更加貼合減振鏜桿的實際生產應用。

本發明提出的動力減振鏜桿內置吸振器剛度和阻尼的設計方法，以極限軸向切削寬度b_lim

最大作為優化目標，相比傳統吸振器優化方法以振幅最小為優化目標，提高了切削過程的顫振穩定性。