一种双自由度动力减振镗杆的制作方法

本发明涉及深孔高速镗削加工，具体涉及一种双自由度动力减振镗杆。

背景技术：

深孔加工消除或减小颤振一直是机械加工的一个难题。颤振的危害很多，例如，加工表面质量差，降低刀具使用寿命，使工艺系统疲劳破坏等。在进行深孔镗削时，由于镗杆的悬伸量较大，造成镗杆的刚度过低，容易产生切削颤振。

为解决镗削振动问题，国内外研制了各种镗杆。章宗诚在文章“日本三菱公司新型高阻尼抗振fscl型镗杆.工具技术，2000，34(5)：40-42”介绍了日本三菱公司设计的减振刀杆，通过将靠近刀杆前端远离作用力的对称位置切除部分材料，来减小刀杆的质量；daigillee等在文章“designandmanufactureofacarbonfiberepoxyrotatingboringbar[j].compositestructures，2003(60)：115-124”将比刚度较大碳纤维环氧树脂材料作为刀杆的设计材料，并在刀杆内部设置了减振芯，刀杆整体结构为复合结构；张杰斌等在文章“减振原理在镗杆上的应用.机械工业出版社，2004.(11)”介绍了瑞士sandvik公司研发的减振镗杆，在镗杆内部安装单自由度动力减振器，在镗杆内部附加质量弹簧共振系统，当镗杆在振动时弹簧的反作用力可以使镗杆的振动减小，但是动力减振器的减振效果与减振块的质量联系紧密，限制于减振块的质量不可能无限大，因此其性能不可能得到完全发挥。

技术实现要素：

针对上述存在问题，本发明旨在提供一种具有更好减振效果的镗杆。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种双自由度动力减振镗杆，包括刀头、复合结构刀杆、双自由度动力减振器、调节螺柱，所述复合结构刀杆包括金属套和粘结在金属套内后端的碳纤维杆，所述调节螺柱与金属套之间采用螺纹连接于金属套内前端，所述双自由度动力减振器置于金属套内的调节螺柱和碳纤维杆之间，其包括质量块ⅰ、ⅱ，减振弹簧ⅰ、ⅱ及端盖，所述质量块ⅰ为套筒结构，两端安装减振弹簧ⅰ，由碳纤维杆和调节螺柱进行轴向限制，质量块ⅰ、减振弹簧ⅰ与金属套组成一级减振系统，质量块ⅰ内孔两端设有内螺纹，用于连接两侧端盖，金属套与质量块ⅰ之间形成可容纳阻尼液的环形间隙ⅰ，所述质量块ⅱ置于质量块ⅰ内部，两端安装减振弹簧ⅱ，由两侧端盖进行轴向限制，质量块ⅱ、减振弹簧ⅱ与质量块ⅰ组成二级减振系统，质量块ⅱ与质量块ⅰ之间形成可容纳阻尼液的环形间隙ⅱ，当刀杆振动时，双自由度动力减振器随之振动，质量块会通过减振弹簧给刀杆施加与激振力方向相反的弹性恢复力来抵消部分激振力，从而减小刀杆的振动。

本发明根据双自由度减振器的原理，在复合刀杆内部设有两个质量块和减振弹簧形成两级减振系统，并利用复合刀杆与质量块及两个质量块之间形成的间隙注入阻尼液，同时刀头采用减振合金材料，因此极大地改善了减振效果。

本发明能够解决在深孔镗削加工时镗杆的切削颤振问题，且具有更高的刚度和固有频率，幅频响应特性更好，更加适合深孔加工。

本发明具有如下优点：

1、本发明采用了双自由度动力减振器，在减振系统的总质量相同的情况下，装有两自由度动力减振器系统的最大响应峰值要比装有常规动力减振器系统的最大响应幅值更小，其幅频响应特性也更加稳定。

2、本发明的镗杆主体结构设计为由金属套和碳纤维杆组成复合结构，可以保证镗杆有较高的静刚度，以弥补采用动力减振器挖空镗杆造成的静刚度不足。

3、本发明的刀头采用减振合金材料，由于其具有较大的内耗，可以消耗很大的振动能量，而且适用于高温场合，因此可以降低振动的影响。

附图说明

图1为双自由度动力减振镗杆结构示意图。

图2为图1所示镗杆的双自由度动力减振器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明：

本发明实施例的一种双自由度动力减振镗杆，参见图1～2，该镗杆主要包括刀头1、调节螺柱2、复合结构刀杆及双自由度动力减振器。刀头采用铁磁性减振合金fecr3mo材料制成。复合结构刀杆由金属套14与碳纤维杆13组成，碳纤维杆13采用粘结剂连接于金属套14后端，粘结剂不仅具有连接金属套和碳纤维杆的作用，还具有良好的阻尼特性，可以消耗镗杆的振动能量，减小金属套和碳纤维杆的变形。调节螺柱2与金属套14之间采用螺纹连接于金属套内前端，双自由度动力减振器置于金属套14内的调节螺柱2和碳纤维杆13之间。双自由度动力减振器由质量块ⅰ6，质量块ⅱ9，减振弹簧ⅰ4、12，减振弹簧ⅱ5、10和端盖3、11组成，质量块ⅰ6两端安装减振弹簧ⅰ4、12，由碳纤维杆13和调节螺柱2进行轴向限制。端盖3、11与质量块ⅰ之间采用螺纹联接。质量块ⅱ9两端安装减振弹簧5、10，由端盖3、11进行轴向限制。质量块ⅰ、减振弹簧ⅰ与金属套组成一级减振系统，质量块ⅱ、减振弹簧ⅱ与质量块ⅰ组成二级减振系统。质量块ⅰ与质量块ⅱ之间形成环形间隙ⅰ7，其间隙范围为1.5mm～4mm，质量块ⅰ和金属套之间形成环形间隙ⅱ8，其间隙范围为1mm～2mm，两环形间隙内均注入阻尼液，形成有阻尼的双自由度动力减振器。

在进行深孔加工时，切削力引起刀杆振动，此时双自由度动力减振镗杆内的动力减振器随之振动，质量块会通过弹性元件给刀杆施加一个与激振力方向相反的弹性恢复力来抵消大部分激振力，从而减小刀杆的振动。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种双自由度动力减振镗杆，包括刀头、复合结构刀杆、双自由度动力减振器、调节螺柱，复合结构刀杆包括金属套和粘结在金属套内后端的碳纤维杆，调节螺柱与金属套之间采用螺纹连接于金属套内前端，双自由度动力减振器置于金属套内调节螺柱和碳纤维杆之间，该减振器主要由两组质量块和减振弹簧构成两级减振系统，并在其内形成可容纳阻尼液的两个环形间隙，当刀杆振动时，双自由度动力减振器随之振动，质量块会通过减振弹簧给刀杆施加与激振力方向相反的弹性恢复力来抵消部分激振力，从而减小刀杆的振动。本发明能够解决深孔镗削加工时镗杆的切削颤振问题，具有更高的刚度和固有频率，幅频响应特性更好，更适合深孔加工。

技术研发人员：王军;雷鸿飞;余业龙;翟玉平
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：2017.06.07
技术公布日：2017.11.10