一种动力减振镗杆的设计方法技术

本发明专利技术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，本发明专利技术的技术方案如下：（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。

【技术实现步骤摘要】
一种动力减振镗杆的设计方法
本专利技术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

技术介绍
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。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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，本专利技术的技术方案是：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blim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。本专利技术的有益效果是：本专利技术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。本专利技术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blim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。本专利技术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，即吸振器质量，相比于目前依靠经验确定吸振器质量的方法，能够进一步提高切削过程的颤振稳定性。本专利技术提高了切削过程的颤振稳定性，也就提高了深孔加工中的零件精度以及加工效率。附图说明图1是本专利技术所述动力减振镗杆的结构示意图，其中：1.刀头；2.刀头转接端盖；3.橡胶圈；4.振芯(质量块)；5.冷却水管；6.阻尼油(注入口)；7.密封O型圈；8.端盖；9.镗杆杆体。图2是本专利技术所述动力减振镗杆设计方法的切削过程理论模型图。图3是本专利技术所述动力减振镗杆优化方法中的传递函数实部的定点原理图。图4是采用本专利技术所述动力减振镗杆设计方法优化后的切削颤振稳定性叶瓣图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作详细说明：如图1所示，本专利技术涉及一种动力减振镗杆的设计方法，所述动力减振镗杆包括刀头1、刀头转接端盖2、橡胶圈3、振芯4、冷却水管5、阻尼油6、密封O型圈7、端盖8、镗杆杆体9，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。结合图1和图2，所述镗杆可以简化为二自由度系统，其中振芯4、橡胶圈3、阻尼油6构成了吸振器系统的m、k、c，刀头1与镗杆杆体9构成主系统M、K，根据图2的理论模型，可以得到切削过程的动力学方程。极限轴向切削宽度与镗杆传递函数实部之间的关系式为：，当镗杆传递函数实部Re(A(g))为负值时最小值越大，极限轴向切削宽度越大，颤振稳定性越好。如图3所示，镗杆传递函数实部Re(A(g))符合定点理论，当三个定点中B点和C点相匹配时可以获得最优响应，得到最优频率比和最优阻尼比为：再根据频率比和阻尼比与刚度k和阻尼c之间的关系，得到镗杆内置吸振器刚度k和阻尼c的设计参数。采用MATLAB软件计算不同振芯长度下的极限轴向切削宽度，得到极限轴向切削宽度最大时的振芯长度，再由最优振芯长度计算此时振芯质量，即为镗杆内置吸振器质量m的设计参数。如图4所示，相比于传统设计方法，按所述最优频率比和最优阻尼比优化后，大大提高了切削过程中的颤振稳定性，继续对振芯长度进行优化，可以进一步提高切削过程中的颤振稳定性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力减振镗杆的设计方法，其特征在于：设计包括如下步骤，（1）根据再生型颤振产生原理，建立切削过程的延时反馈控制模型和动力学方程；（2）根据动力学方程得到动态切削过程的传递函数，由传递函数特征方程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，极限轴向切削宽度越大切削越稳定，计算所述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）选用数值计算软件，结合上述最优频率比和最优阻尼的表达式，优化所述镗杆内置吸振器的振芯长度。

【技术特征摘要】
1.一种动力减振镗杆的设计方法，其特征在于：设计包括如下步骤，（1）根据再生型颤振产生原理，建立切削过程的延时反馈控制模型和动力学方程；（2）根据动力学方程得到动态切削过程的传递函数，由传递函数特征方程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，极限轴向切削宽度越大切削越稳定，计算所述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）选用数值计算软件，结合上述最优频率比和最优阻尼的表达式，优化所述镗杆内置吸振器的振芯长度。2.如权利要求1所述的动力减振镗杆的设计方法，其特征在于：步骤（1）在建立动态切削过程的理论模型和动力学方程时，根据再生型颤振产生原理，考虑了上一次旋转周期内工件表面产生的振纹对切削力的影响，将动态切削过程简化成一个延时反馈控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙蓓蓓，何苗，李烈，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32