减振镗刀的设计与分析.docx

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减振镗刀的设计与分析

中北大学信息商务学院

毕业设计说明书

减振镗刀的设计与分析

学生姓名：

学号：

系别：

机械工程系

专业：

机械设计制造及其自动化

指导教师：

职称：

副教授

2016年6月2日

原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计说明书，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本声明的法律责任由本人承担。

作者签名：

日期：

使用授权声明

本人完全了解中北大学信息商务学院有关保管、使用毕业设计说明书的规定，其中包括：

①学院有权保管、并向有关部门送交毕业设计说明书的原件与复印件；②学院可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存毕业设计说明书；③学院可允许毕业设计说明书被查阅或借阅；④学院可以学术交流为目的，复制赠送和交换毕业设计说明书；⑤学院可以公布毕业设计说明书的全部或部分内容。

作者签名：

日期：

导师签名：

日期：

全套图纸加153893706

减振镗刀的设计与分析

摘要:

我国工业现在已经处于蒸蒸日上的状态,加工生产也在不断地创新和改进，作为加工中必不可少的深孔加工环节，其技术也在日益进步。

但是深孔加工中振动的问题也随之而来，加工中产生的振动不仅使得加工精度降低，还使得生产效率也大打折扣。

为此，减振成了现在必须要克服的难题。

内置减振系统是一种结构简单，易于生产的一种镗刀的减振方法，它是通过在镗刀杆的内部加减振块，橡胶圈，阻尼液等元件来达到理想的减振效果。

这种设计不仅没有改变镗杆原有的外观形状，还在一定程度上减少了振动带来的不便，是一种使用前景非常广阔的设计方式。

本篇设计先讲述了国内外现有减振镗杆的状况，通过分析、参考来确定最终采用的设计方式。

其次介绍了在加工过程中产生振动的不同种类和产生的机理，为设计提供一些必要的参考材料。

然后再选择减振镗杆中所需的每个部件，在对不同部件做出不同的分析，最后再将这些部件做出动力学模型，再整合出最终的数学模型。

为实际的加工生产提供一些参考。

关键词：

减振；镗杆；深孔加工；刚度

Designandanalysisofvibrationboringcutter

Abstract:

Nowourindustryisinaflourishingstate,productionisconstantlyinnovatingandimproving,asanessentialpartoftheprocessingofdeepholemachiningtechnologyisalsoinprogress.Vibrationproblemsinthedeepholemachiningalsocome,lowervibrationproducednotonlymakesthemachiningaccuracyintheprocessing,butlessproductive.Tothisend,nowhastoovercometheproblemofvibrationreduction.Built-invibrationreductionsystemisasimplestructure,easytoproduceaboringtoolvibrationmethod,itisbyboringbarinternalandvibrationdamping,andtherubberring,thevibrationdampingelementssuchasliquidtoachievethedesiredeffect.Thisdesignnotonlyfailedtochangetheboringbaristheoriginalappearanceoftheshape,butalsotoacertainextent,reducetheinconvenienceofvibration,isaverybroadprospectsforuseofdesign.

Absorptionboringbar,throughanalysis,todeterminethefinalreferencedesign.Nextintroducedthevibrationproducedduringprocessingofdifferentkindsandthemechanism,isdesignedtoprovidethenecessaryreferencematerials.Thenthevibrationabsorptionboringbarforeachcomponentindifferentpartsanddifferentanalysis,thenmakethemdynamicmodelintheintegrationofthefinalmodel.Provideyourreferenceforactualproduction.

Keywords:

vibration;boringbars;deepholes;stiffness

1绪论

1.1课题背景及研究意义

现今,制造业的发展已成为社会进步的标准,加工中的高速和超高速加工现已成为主流趋势,企业对加工精度的标准和要求也越来越高,在金属切削这块加工领域里,特别是在高速加工深孔的时候，由于孔的形状要求和精度要求比较高,因此刀具加工产生的振动一直是阻碍加工精度的最大障碍之一，它的产生严重影响了零件的加工精度与表面的粗糙度,阻碍了切削加工向着高速度、高精度和高强度方向的发展。

其产生的原因有很多。

例如，加工中不断变化的切削力，工件加工中装夹不稳定等。

其次当镗杆的悬伸量比较大时,就更加容易发生振动,进而使孔的加工精度降低。

虽然，有很多办法来控制这些相关的问题，但是，由于长悬伸量刀具加工产生的巨大振动，不得不通过减少加工时的轴向切削深度与进给量来避免，这也将对金属的去除率产生较大的影响。

因此,我们有必要仔细研究机械刀具加工中振动发生的原因以及其预防和控制的方法,从而降低甚至消除加工中的振动。

从生产和加工的实际应用和价值来讲,减振镗刀的设计和研发有助于我国切削制造业的发展。

我国作为世界的“制造中心”。

零件整体化加工已成为趋势,深孔加工已是机械加工中的重中之重。

虽然我国的很多企业在这方面做了不少的研究,但产生的效果却均不是很理想,与国外的研究水平还有比较大的差距,因此我国在生产制造业这条漫长的征途上还有很多道路需要走。

另外有些大长径比的零件,一般的刀具达不到其理想的精度要求。

但是如果要采用相符的刀具就需要考虑它的刚度稳定性。

目前我国比较稳定的产品并不多,还需要大量引进国外生产的刀具,这就使得我国零件加工成本变得很高。

因此，减振刀具的开发与研究现已经成为我国切削加工行业目前急需解决的重大问题，解决了这个问题就可以带动我国其它相关产业的发展,进而提高我国机械行业的竞争能力。

1.2减振镗杆的国内外研究成果与发展的趋势

切削振动较容易发生在刚度较低的加工中，所以，在加工中为了减少振动的产生，通常应加强镗杆的静刚度或者动刚度。

当需要加工一般刀具无法加工的深孔时，往往需要用到长悬伸量刀具，而减振刀具成为了最佳的选择。

当然，这些新型刀具在国外也有着许多的应用。

通过了解国内外的减振刀杆，总的来说，是比较缓慢的。

但也有设计比较成功的案例，比如说日本的三菱（MITSUBISHI）,东芝（TOSHIBA）,瑞典的山特维克（SANDVIK）,美国的肯纳（KENAMETAL）公司等。

图1-1三菱阻尼镗刀杆

Fig.1-1DampingboringcutterofMITSUBISHI

图1-2三菱阻尼镗刀杆

Fig.1-2DampingboringcutterofMITSUBISHI

其中，三菱公司刀具的设计理念是对刀头进行了优化的设计，就是利用软件来模拟最终确定刀头的重量，主要是减轻镗杆头部的重量，防止了挠曲，加强了镗杆的动刚度，使振动变弱。

如图1-1和1-2所示。

站在材料力学的角度上来看，这种刀具是运用了杆端部应力边缘效应。

当镗刀杆受到偏心力的时候，可从刀头减去一些材料，这样既减轻了镗刀刀头的重量，静刚度也没受到多大影响，还改善了镗杆的动刚度。

图1-3三菱阻尼镗刀刀杆减振效果

Fig.1-3VibrationreductioneffectofdampingboringcutterofMITSUBISHI

三菱刀具的设计依旧存在一些缺憾，头部切除材料的办法也存在局限性，影响长径不能较大。

图1-3显示的是刀杆预防挠曲还有减少振动的效果图。

东芝公司制作的减振刀具原理是将刀具的头部，找一处平行且相互对称的的地方，去除掉一部分，然后在此处在嵌上坚硬的材料。

但也由于这种方法产生了不少的弊端，如镶嵌材料的刚度值，厚度值，以及在与刀体连接时的粘结稳固性，精密性，都会对刀体整体上的产生影响，所以也会在应用上受到一些限制。

如图下图1-4所示:

图1-4东芝减振刀具

Fig.1-4DampingboringcutterofTOSHIBA

被大多数生产商看好的是山特维克可乐满的SilentTools系列，它不光有减振效果，最突出的是能够提高生产效率。

如图1-5所示

图1-5山特维克减振刀具

Fig.1-5VibrationAbsorptiontoolofSANDVIK

这类刀具能够消除最小化的振动，它的内部安装了一个减振机构。

该刀具的内部结构装有一个回转体，周围被特殊液体环绕。

该体统还能在超出一定限制时，进行频率的调节。

美国kenametal公司生产的减振刀具主要采用特殊的材料制成,也属于提高刀杆静刚度的一种[1]。

1.3国内的研究现状与发展趋势

目前我国的减振镗杆还处于研究、开发阶段，设计的中心还在工艺的改良上。

孔金星，对刀具振动是深孔加工中影响精度，效率等的首要原因提出了问题。

对不同类型的减振镗杆，运用模态实验方法来测试出动态特性，最终得出固有的振型与模态参数，为减振镗杆的研制开发提供了参考。

沈阳工业学院的张志军，测定并且推导出了动力减振器的特性参数，对大悬伸的减振镗杆进行了完善。

北京工业大学的区炳显和王民对国内外减振镗杆振动的控制方法现状进行了介绍，并且也分析了各种镗杆减振措施的特点，还对以后镗杆减振的发展进形进行了展望。

1.4小结

综合现有的研究成果可知:

采取单一减振原理的镗杆，其减振效果不是很理想,我们应该采用具有综合性的减振措施才能取得较理想的效果。

要想提高镗刀杆的抗振效果,首先要提高镗杆自身的动刚度,其次还要增加镗杆的系统阻尼,增强系统对振动的吸收能力;本人基于这种想法，于是在镗杆中选择加入减振系统来进一步提高减振性能。

镗杆的减振系统按照耗能元件的不同，主要有动力减振器、摩擦减振器、冲击减振器等。

在此本文选取动力减振的方法来设计镗刀杆。

2振动的机理分析和不同的减振措施

想要保证加工生产中的精度，平稳的过程是关键。

但是，在实际的加工中总是产生各种各样的问题，也会有来自系统本身的刚度条件不足,这便产生了振动。

它们的机理以及控制的条件也不尽相同。

因此