專利名稱：內(nèi)置式動力雙減振鏜桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大深孔加工技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地 說是涉及一種鏜削刀桿。
背景技術(shù)：
在鏜孔加工過程，鏜刀處于半封閉狀態(tài)，鏜桿工作條件惡劣，尤其是加工大深孔 時，工作條件更為惡劣。鏜刀用于加工大深孔時，鏜桿懸伸很長，一般懸伸長度是其直徑的 4 10倍，因此極易引起振動，當鏜桿發(fā)生徑向和切向振動時，將會導致孔粗糙度增大，嚴 重影響鏜削的精度和加工效率。因此加工大深孔時，鏜桿的振動是不可忽視的因素。抑制振動的方法有多種，目前通用的方法是減少鏜桿懸伸長度、增加鏜桿桿體的 直徑、減少切削用量、采用硬質(zhì)合金鋼、陶瓷或氮化硼等材料來增加刀桿的彈性模量等。但 是，對于在孔徑較小、孔深較大的深孔零件來說，只提高刀桿的靜剛度是有局限性的。為了減小鏜刀刀桿的振動，國外開發(fā)出了一種利用動力減振器來對鏜桿進行減振 的鏜桿，該鏜桿是用彈性元件把一個附加質(zhì)量聯(lián)系到振動系統(tǒng)上形成減振裝置，其具體結(jié) 構(gòu)是在鏜桿的前端內(nèi)腔中安裝動力減振塊。這種結(jié)構(gòu)的鏜桿被稱為動力減振鏜桿。該結(jié)構(gòu) 的鏜桿能明顯減小鏜桿刀頭的振動，提高加工質(zhì)量，為減小鏜桿的振動開辟了一個新的途 徑，推進了鏜孔加工技術(shù)的進步。本發(fā)明的發(fā)明人對動力減振鏜桿從理論到具體結(jié)構(gòu)都進 行了深入研究，發(fā)現(xiàn)只設(shè)一個減振塊的單動力減振鏜桿還存在一些明顯的不足，鏜桿刀頭 的振動和加工質(zhì)量還有很大的改善空間。現(xiàn)有技術(shù)的單動力減振鏜桿存在的不足是1、分析單減振鏜桿的動力學模型，可以發(fā)現(xiàn)其相對振幅比(鏜桿的最大振幅和鏜 桿受力靜態(tài)變形之比)減小到一定程度就存在極限，其能夠達到的最小相對振幅比，即極 限相對振幅比偏大，和預期有差距。2、對于單動力減振鏜桿來說，提高減振塊和鏜桿桿體的質(zhì)量比可以提高鏜桿減振 效果。為了提高減振效果，往往必須要大幅度地增加減振塊的質(zhì)量，減振塊質(zhì)量的增加意味 著減振塊長度的增加，勢必需要將與其匹配的鏜桿的內(nèi)腔孔加深，這又降低了鏜桿桿體的 剛度，反而降低了減振效果。3、單減振動力減振鏜桿的頻帶較窄，當激振頻率在較大范圍內(nèi)變化時，減振效果 會明顯變差。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述單減振鏜桿存在的不足，本發(fā)明的目的旨在提供一種新結(jié)構(gòu)的用于深孔 加工的內(nèi)置式動力減振鏜桿，以實現(xiàn)在單減振鏜桿減振基礎(chǔ)上再進一步地減少鏜桿的振 動，改善加工條件，提高工件加工質(zhì)量。為了達到上述目的，本發(fā)明提供的深孔加工用內(nèi)置式動力減振鏜桿采用了如下技 術(shù)方案內(nèi)置式動力減振鏜桿，主要包括桿體、彈性定位件和柱形減振塊，桿體安置刀頭端設(shè)計有圓柱形孔腔，柱形減振塊設(shè)計有2個，沿軸向設(shè)置，兩柱形減振塊軸向距離不小于 10mm，每個柱形減振塊由兩端通過彈性定位件安置在桿體圓柱形孔腔的中央，減振塊與將 其安置在桿體圓柱形孔腔中央的彈性定位件構(gòu)成減振鏜桿的減振器。為了取得更好的效果，在上述方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可進一步采取以下技術(shù)措 施。在桿體圓柱形孔腔內(nèi)的兩端分別設(shè)置密封件，即在兩減振塊的兩端外側(cè)設(shè)置密封 件，將減振塊密封在桿體圓柱形孔腔內(nèi)，且在桿體圓柱形孔腔內(nèi)的間隙中內(nèi)充入阻尼液。在兩柱形減振塊之間設(shè)置有擋板，擋板的兩端分別與安置柱形減振塊的彈性定位 件相接。設(shè)置擋板是為了使兩減振塊之間保持一定的距離。擋板的厚度一般為10_50mm。 當然也可不設(shè)置擋板，直接利用彈性定位件的結(jié)構(gòu)使兩減振塊之間保持一定的距離。所述柱形減振塊，其結(jié)構(gòu)最好設(shè)計成圓柱形減振塊；減振塊的材質(zhì)最好是采用密 度大于18g/cm3的重合金；柱形減振塊體內(nèi)加工有供切削液通過的管孔。所述彈性定位件可以是彈性材質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，如橡膠環(huán)。也可以是非整體結(jié) 構(gòu)的構(gòu)件，如由環(huán)形彈簧座和在不同方向設(shè)置的多個彈簧構(gòu)成的彈性定位件。優(yōu)選整體結(jié) 構(gòu)的橡膠環(huán)。當彈性定位件采用整體結(jié)構(gòu)的橡膠環(huán)時，其外環(huán)面與桿體圓柱形孔腔內(nèi)圓面 相配，內(nèi)環(huán)面與減振塊的圓柱面相配。所述桿體優(yōu)先選用Fe-Cr基、Fe-Al基和Ni-Co基等減振阻尼合金制作。本發(fā)明還采取了 一些其他技術(shù)措施。本發(fā)明提供的由兩個減振器構(gòu)成的雙減振鏜桿，其運動特性明顯不同于單減振鏜 桿。這可從其動力學模型上得到充分說明。相同尺寸的單減振鏜桿、雙減振鏜桿的幅頻響 應(yīng)曲線如圖1所示。圖1中，橫坐標λ表示頻率比(外界激振力頻率與鏜桿固有頻率之比)，縱坐標為 相對振幅比(鏜桿的最大振幅和鏜桿受力靜態(tài)變形之比)。曲線1是單減振的情形，曲線2 為雙減振中兩個減振塊間距為IOmm的情形，曲線3為雙減振中兩個減振塊間距為35mm的 情形。從圖中可以明顯的發(fā)現(xiàn)，雙減振結(jié)構(gòu)明顯地降低了相對振幅比，單減振結(jié)構(gòu)只能 達到4. 77左右，而雙減振可以達到3. 6，適當調(diào)節(jié)兩個減振塊的距離，可以達到2. 95左右， 可見雙減振結(jié)構(gòu)明顯地降低了極限振幅比，使鏜桿的振幅減小到單減振鏜桿所不能達到的程度。由圖1可以比較單減振和雙減振鏜桿的頻帶內(nèi)的減振性能，通常是通過比較其平
均值來判斷。對于連續(xù)函數(shù)的平均值公式為玄二^^￡/⑴，從幅頻響應(yīng)曲線上可以知
道，系統(tǒng)的振幅在λ =0.5 1.5的時候很大，故積分區(qū)間選擇為W. 5，1.5]，其計算結(jié)果 為表1平均值的比較
從表1中可以看到單減振鏜桿在整個頻帶內(nèi)的平均值比雙減振鏜桿大了近一倍， 這說明雙減振鏜桿在整個頻帶內(nèi)比單減振鏜桿具有更好的減振性能，而且提高的幅度十分 明顯。比較單減振和雙減振結(jié)構(gòu)鏜桿，可以發(fā)現(xiàn)，要達到相同的減振效果，雙減振鏜桿有 更小的減振塊質(zhì)量，從而可以減小減振塊長度或直徑，與其匹配的鏜桿內(nèi)腔孔的深度或直 徑也可以相應(yīng)地減小，保證了鏜桿桿體的剛度，使鏜桿的減振性能更加穩(wěn)定。發(fā)明人分別對單減振鏜桿和雙減振鏜桿在精鏜時的減振性能進行了模擬仿真，結(jié) 果如圖2和3所示。從圖中可以知道，雙減振鏜桿在徑向(對鏜孔精度影響最大的方向)的 振幅明顯比單減振鏜桿低，其最大值為1.24X10_3mm，相對單減振其振幅減少了 58%左右， 這充分體現(xiàn)了雙減振鏜桿優(yōu)異的減振性能。對于雙減振鏜桿，其兩個減振塊之間的距離對雙減振鏜桿的減振性能也起著重要 的影響。圖3中曲線2是間距為IOmm的情形，曲線3是間距為35mm的情形。從多次模擬 的結(jié)果來看，兩個減振塊的間距為IOmm時，減振效果就有明顯的改善，間距為35mm時的減 振效果更好，當間距超過50mm時減振效果開始明顯下降，因此兩個減振塊的間距宜控制在 10-50mm 范圍。為了取得更好的減振效果，本發(fā)明除了巧妙設(shè)計結(jié)構(gòu)使得鏜桿的減振性能有了良 好的改善，發(fā)明人還考慮了桿體材料的阻尼性能，即選用具有高阻尼特性的材料制作鏜桿， 以阻止和降低振動應(yīng)力峰的傳播，從而消除振動的產(chǎn)生。減振合金具有通過材料內(nèi)部的各 種相應(yīng)阻尼機制，吸收外部振動能并將振動能轉(zhuǎn)化為熱能而不可逆耗散，從而達到減振降 噪的效果。根據(jù)模擬加工得出鏜刀在加工過程中刀片傳到刀頭的最高溫度在200°C以下，傳 到鏜桿的溫度在100°C以下。所以在選擇材料時應(yīng)優(yōu)先選擇阻尼性能熱穩(wěn)定性較好的合金 材料。Fe-Cr基、Fe-Al基和Ni-Co基阻尼合金具有很好的抗蝕性能，力學性能接近奧氏體 不銹鋼水平，其內(nèi)耗相當于Mu-Cu合金水平，甚至更高，更重要的是在室溫到300°C的溫度 區(qū)內(nèi)，其阻尼性能幾乎不隨溫度發(fā)生變化。綜上多方面的考慮，本發(fā)明的鏜桿桿體材質(zhì)優(yōu)先 選用Fe-Cr基、Fe-Al基和Ni-Co基阻尼合金。仿真條件與圖2相同的情況下，再考慮了鏜桿系統(tǒng)的材料阻尼性后，對鏜桿的減 振性能進行了模擬仿真，其結(jié)果如圖4所示。由圖4可以得出考慮材料阻尼后，雙減振鏜桿 的最大振幅為3. 8X 10_4mm，而不考慮阻尼其最大振幅為1. 24X 10_3mm，這說明鏜桿材料的 阻尼對鏜桿的最大振幅有很大影響。本發(fā)明在雙減振結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，選用阻尼性能好的減 振合金材料，相對于單減振鏜桿，可以發(fā)現(xiàn)其顯著地改善了鏜桿的減振性能。本發(fā)明還對減振合金的阻尼因子進行了優(yōu)化，其優(yōu)化結(jié)果如圖5所示。由圖5可得出鏜桿的最大幅值隨材料阻尼因子的增大而減小，故在選擇鏜桿材料時，在滿足其基本 的力學性能的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇阻尼因子大的減振合金。


圖1是幅頻響應(yīng)曲線圖，其中曲線1是單減振響應(yīng)曲線，曲線2為雙減振中兩個減 振塊間距為IOmm的響應(yīng)曲線，曲線3為雙減振中兩個減振塊間距為35mm的響應(yīng)曲線。圖2是雙減振鏜桿徑向幅頻響應(yīng)曲線圖。圖3是單減振鏜桿徑向幅頻響應(yīng)曲線圖。圖4是考慮材料阻尼后的雙減振鏜桿徑向幅頻響應(yīng)曲線圖。圖5是合金材料阻尼因子與鏜桿的振幅優(yōu)化曲線圖。圖6是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意7是本發(fā)明另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明的三維總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標號含義如下1_桿體；2-彈性定位件；3-減振塊；4-擋板；5-密封件；6_刀 頭；7-阻尼液；8-密封件；9-切削液供液管。
具體實施例方式下面結(jié)合

給出本發(fā)明的實施例，并通過實施例對本發(fā)明作進一步的說 明，以便于更加容易地理解本發(fā)明。但需要特別指出的是，本發(fā)明的具體實施方式
不限于下 面實施例所描述的形式，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可很容易 地設(shè)計出其他的具體實施方式
，因此不應(yīng)將下面給出的具體實施方式
的實施例理解為本發(fā) 明的保護范圍，將本發(fā)明的保護范圍限制在所給出的實施例。實施例1本實施例的用于深孔加工的內(nèi)置式雙動力減振鏜桿，其結(jié)構(gòu)如附圖7所示，由鏜 桿桿體1、彈性定位件橡膠環(huán)2、圓柱形減振塊3、擋板4、密封圈5、阻尼液7和密封圈8構(gòu)成， 桿體安置刀頭6端設(shè)計有圓柱形孔腔，圓柱形減振塊設(shè)計有2個，沿軸向設(shè)置，體內(nèi)加工有 切削液供液管9穿過的管孔，擋板4位于兩個減振塊之間，其厚度為35mm，即使兩圓柱形減 振塊3之間的距離保持在35mm，橡膠環(huán)的外環(huán)面與桿體圓柱形孔腔內(nèi)圓面相接，內(nèi)環(huán)面與 減振塊的圓柱面相接，每個柱形減振塊由兩端通過彈性定位件橡膠環(huán)2安置在桿體圓柱形 孔腔的中央，橡膠環(huán)和減振塊組成減振鏜桿的減振器。密封圈5設(shè)置在桿體圓柱形孔腔的 外端，其外圓面與桿體圓柱形孔腔內(nèi)圓面相配合，內(nèi)環(huán)面與削液管9外圓面相配合，密封圈 8設(shè)置在桿體圓柱形孔腔的內(nèi)端，其外圓面與桿體圓柱形孔腔內(nèi)圓面相配合，內(nèi)環(huán)面與削液 管9外圓面相配合，由密封圈5、8將減振塊密封在桿體圓柱形孔腔內(nèi)，在桿體圓柱形孔腔內(nèi) 的間隙中內(nèi)充入阻尼液7，即在由桿體內(nèi)腔、冷卻液管和密封圈組成的剩余空腔內(nèi)充滿阻尼 液7。刀頭6固定在桿體的前端，刀頭材料采用消耗因子較高的減振合金材料，例如Fe_Cr_ Al或者Fe_Cr_Mo等，也可用40Cr ；桿體1采用Fe_Cr_Al或者Fe_Cr_Mo制作；橡膠環(huán)選用 耐油性、耐熱性以及耐老化性且彈性模量較低的橡膠，例如4MPa 丁腈橡膠材料；減振塊選 用密度大于18g/cm3的重合金；擋板4的材料為45#鋼；冷卻液供液管9從鏜桿的內(nèi)部穿過； 阻尼液7選用高粘性且黏溫特性較穩(wěn)定的阻尼液，比如甲基硅油、乙基硅油等。
內(nèi)置式動力減振鏜桿的減振原理在鏜孔加工過程中，鏜桿受到交變力的作用而 產(chǎn)生振動，此時鏜桿內(nèi)部的減振塊會產(chǎn)生一個相位滯后的振動，使得減振塊的振動方向與 鏜桿桿體的振動方向相反，從而抵消了鏜桿桿體的振動幅值，這就相當于把桿體的振動轉(zhuǎn) 移到減振塊上來，達到減小桿體振動的目的。實施例2本實施例的深孔加工用內(nèi)置式動力減振鏜桿，其結(jié)構(gòu)如附圖6所示。本實施例的 深孔加工用內(nèi)置式動力減振鏜桿與實施例1所不同的地方，是兩圓柱形減振塊3之間未設(shè) 置擋板4，兩圓柱形減振塊3之間的距離由作為定位件的橡膠環(huán)2的結(jié)構(gòu)來保證，兩者的距 離為20mm。
權(quán)利要求
一種內(nèi)置式動力雙減振鏜桿，主要包括桿體(1)、彈性定位件(2)和柱形減振塊(3)，桿體安置刀頭端設(shè)計有圓柱形孔腔，柱形減振塊由兩端通過彈性定位件安置在桿體圓柱形孔腔的中央，其特征在于所述柱形減振塊設(shè)計有2個，分別由彈性定位件沿軸向安置在桿體圓柱形孔腔內(nèi)，兩減振塊之間的軸向距離不小于10mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式動力雙減振鏜桿，其特征在于在桿體圓柱形孔腔兩端 分別設(shè)置密封件(5、8)，將減振塊密封在桿體圓柱形孔腔內(nèi)，且在桿體圓柱形孔腔內(nèi)的間隙 中內(nèi)充入有阻尼液(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)置式動力雙減振鏜桿，其特征在于兩柱形減振塊之間 設(shè)置有擋板(4)，擋板的兩端分別與安置柱形減振塊的彈性定位件相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)置式動力雙減振鏜桿，其特征在于所述擋板的厚度為 10-50mmo
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)置式動力雙減振鏜桿，其特征在于所述的柱形減振塊為圓 柱形減振塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)置式動力雙減振鏜桿，其特征在于減振塊的材質(zhì)為密度大 于18g/cm3的重合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)置式動力雙減振鏜桿，其特征在于圓柱形減振塊加工有供 切削液通過的管孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)置式動力雙減振鏜桿，其特征在于用于安置圓柱形減振塊 的彈性定位件為橡膠環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)置式動力雙減振鏜桿，其特征在于橡膠環(huán)的外環(huán)面與桿體 圓柱形孔腔內(nèi)圓面相配，內(nèi)環(huán)面與減振塊的圓柱面相配。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)置式動力雙減振鏜桿，其特征在于所述桿體的材質(zhì)為選 自Fe-Cr基、Fe-Al基和Ni-Co基的減振阻尼合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于深孔加工的內(nèi)置式動力雙減振鏜桿，主要包括桿體、彈性定位件和柱形減振塊，桿體安置刀頭端設(shè)計有圓柱形孔腔，柱形減振塊設(shè)計有2個，沿軸向設(shè)置，每個柱形減振塊由兩端通過彈性定位件安置在桿體圓柱形孔腔的中央。本發(fā)明公開的內(nèi)置式雙減振鏜桿，較之現(xiàn)有技術(shù)的單減振鏜桿，減振性能有大幅度提高，具有良好的減振性能，大大改善了鏜孔加工條件，提高了工件加工精度。
文檔編號B23B29/02GK101890514SQ20101020696
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者唐才學, 李紅梅, 羅紅波 申請人:四川大學