CN109226795A - 一种频率可调的被动式减振镗杆及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种频率可调的被动式减振镗杆及调整方法，属于机械加工技术领域。包括刀头连接块、镗杆减振段和镗杆夹持段，其中刀头连接块、镗杆减振段和镗杆夹持段依次采用螺纹连接，所述镗杆减振段包括减振结构、调节齿轮组，其中调节齿轮组与减振结构啮合连接。本发明优点是结构新颖，降低了加工过程中的切削颤振的振幅，增强了减振镗杆对各种镗削参数的适应能力，提高了刀杆的刚度，结构简单，便于维护。

Description

一种频率可调的被动式减振镗杆及调整方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及深孔类零件加工中的减振部件。

背景技术

工程实际中有许多深孔类零件需要使用大长径比的镗刀进行加工，然而由于大长径比镗杆刚性较差，在加工过程中极易产生振动，这种振动会降低刀具使用寿命，影响加工精度，破坏工件表面，因此在这种情况下降低镗杆的振动幅值非常重要。

现有的减振镗杆根据设计原理可分为主动式和被动式。主动式减振镗杆通常需要外部能源的供给、复杂的控制算法和较大的空间，因此具有制造成本高，调节难度大等缺陷。

被动式减振镗杆根据减振方法可分为吸振减振法和耗能减振法。耗能式减振镗杆包括内置颗粒阻尼减振镗杆及内置摩擦阻尼减振镗杆，其分别通过颗粒阻尼的碰撞和摩擦棒与镗杆的摩擦来消耗振动能量，达到减振的目的。上述减振镗刀工作噪音大，摩擦造成的材料耗损会改变阻尼参数，会使镗杆的减振性能降低。现有的吸振式减振镗杆以内置动力吸振器的减振镗杆为主，这类减振镗杆具有一定缺陷。如中国专利《内置式动力双减振镗杆》(CN101890514A)虽然采用了双动力吸振器结构，但结构不具备调节能力，具体体现在吸振结构的固有频率和动力吸振器的数量不能改变，因此减振镗杆对于切削参数的适应能力很低；而且减振镗杆内部需要填充阻尼液，致使内部结构复杂，工作环境较差，不便于装配和后期维护。中国专利《一种被动式减振镗杆及其最优减振性能调节方法》(CN106270590A)，虽然具备一定调节能力，但轴向尺寸较长，大量占用内部空间，使镗杆刚度降低，影响减振效果；而且单个动力吸振结构的工作频带较窄，当镗杆的振动频率在较大范围内变化时，减振能力也会下降。

综上所述，目前急需一种频率调节范围大，对镗杆刚度影响小，且能改变动力吸振结构的数量的新型被动式减振镗杆。

发明内容

本发明提供一种频率可调的被动式减振镗杆及调整方法，以解决目前存在的频率调节范围小、对镗杆刚度影响大的问题。

本发明采取的技术方案是：包括刀头连接块、镗杆减振段和镗杆夹持段，其中刀头连接块、镗杆减振段和镗杆夹持段依次采用螺纹连接，所述镗杆减振段包括减振结构、调节齿轮组，其中调节齿轮组与减振结构啮合连接。

所述减振结构包括镗杆减振段外壳、滑动支撑块、左旋弹性阻尼杆、动力减振块、右旋弹性阻尼杆、圆形支撑件、微型轴承、固定螺母，其中动力吸振块为圆柱形，两侧带有螺纹孔，左旋弹性阻尼杆、右旋弹性阻尼杆使用阻尼合金材料，通过杆上的螺纹与动力吸振块进行固定连接，再由固定螺母进行加固，滑动支撑块中间有螺纹孔，分布在动力吸振块两侧，分别依靠螺纹连接在左旋弹性阻尼杆、右旋弹性阻尼杆上，通过左旋弹性阻尼杆、右旋弹性阻尼杆使滑动支撑块左右移动，减振结构的两端设置有圆形支撑件，圆形支撑件与镗杆减振段外壳通过螺纹固定连接，左旋弹性阻尼杆、右旋弹性阻尼杆通过一对微型轴承与圆形支撑件配合，使得减振结构被定位在减振段外壳的内腔中。

所述镗杆减振段外壳内壁有三条均匀分布的定位槽，滑动支撑块有三道支撑，并且每道支撑顶端有与定位槽配合的滑块，所述镗杆减振段外壳上有调节孔。

所述动力吸振块由金属钨制成。

所述调节齿轮组包括轴向调节齿轮、径向调节齿轮、调节齿轮支撑件、调节螺钉、连接螺钉，其中轴向调节齿轮与右旋弹性阻尼杆固定连接，调节齿轮支撑件通过连接螺钉固定在镗杆减振段外壳上，调节螺钉穿过调节齿轮支撑件与径向调节齿轮固定连接，调节螺钉与调节齿轮支撑件转动连接，轴向调节齿轮与径向调节齿轮相互啮合。

一种频率可调的被动式减振镗杆的调整方法，包括下列步骤：

(一)将频率可调的被动式减振镗杆安装在相应镗床上，将镗刀连接在刀头连接块上，并且在镗床上安装加速度传感器；

(二)将滑动支撑块调节至最靠近动力吸振块的位置，确定好切削参数后，对工件进行试加工，通过加速度传感器收集的振动信号，计算加工时工件对镗刀的激振频率ω；

(三)利用扳手通过调节孔转动调节螺钉来调节每个滑动支撑块与动力减振块之间的相对距离l，进而改变动力减振块两侧的支撑刚度，根据：

其中，ω_n为减振结构的固有频率，k为动力减振块单侧支撑刚度，m为动力减振块的质量，E为左旋弹性阻尼杆或右旋弹性阻尼杆的弹性模量，I为左旋弹性阻尼杆或右旋弹性阻尼杆的截面惯性矩，l为滑动支撑块距动力减振块的距离；

令ω_n＝ω，结合公式(1)和(2)可得滑动支撑块20102距动力减振块的距离l的计算公式(3)：

(四)将滑动支撑块与动力减振块调节至步骤三计算得到的合适距离l，从而使减振结构获得最有效的固有频率，继续切削直至完成加工。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1.由于本发明采用双弹性阻尼杆与滑动支撑相配合的减振结构，所以内置减振结构相比于同类发明调节频率的范围更大，当切削参数在较大范围内变化时，本发明的适应能力更强。

2.本发明设计的结构相比于同类发明可调节动力吸振结构轴向尺寸更小，节省了镗杆的内部空间，对镗杆的刚度影响较小，空腔内部不需要填充阻尼液，降低了装配和后期维护的难度。

3.本发明采用分段式设计，可以根据实际情况增加减振结构数量，解决了单个动力结构的缺陷，提高了镗杆的减振能力，同时使减振镗刀获得较宽的工作频带，当激振频率在较大范围内变化时，本发明也能有效降低振动幅值。

4.本发明的弹性阻尼杆使用阻尼合金材料，这种材料的阻尼性能远高于普通合金，且拥有较高的弹性模量，因此提高了减振镗杆的刚度和结构阻尼。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明镗杆减振段的结构示意图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是本发明镗杆减振段的爆炸图；

图5是本发明的爆炸图；

图6是本发明的动力学模型示意图；

图7是本发明两个镗杆减振段的的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，包括刀头连接块1、镗杆减振段2和镗杆夹持段3，其中刀头连接块1、镗杆减振段2和镗杆夹持段3依次采用螺纹连接，整个减振镗刀采用分段式设计，可以根据实际需要进行组合，得到所需镗杆长度。

如图2、3所示，所述镗杆减振段2包括减振结构201、调节齿轮组202；

所述减振结构201设置在镗杆减振段2的空腔内部，包括镗杆减振段外壳20101、滑动支撑块20102、左旋弹性阻尼杆20103、动力减振块20104、右旋弹性阻尼杆20105、圆形支撑件20106、微型轴承20107、固定螺母20108，其中动力吸振块20104为圆柱形，由金属钨制成，两侧带有螺纹孔，左旋弹性阻尼杆20103、右旋弹性阻尼杆20105使用阻尼合金材料，通过杆上的螺纹与动力吸振块20104进行固定连接，再由固定螺母20108进行加固，滑动支撑块20102中间有螺纹孔，分布在动力吸振块20104两侧，分别依靠螺纹连接在左旋弹性阻尼杆20103、右旋弹性阻尼杆20105上，通过左旋弹性阻尼杆20103、右旋弹性阻尼杆20105使滑动支撑块20102左右移动，由于两个弹性阻尼杆螺纹旋向不同，使两个滑动支撑块20102之间产生相对位移，改变了动力减振块20104两侧的支撑刚度，实现了对动力吸振结构固有频率的调节，减振结构201的两端设置有圆形支撑件20106，圆形支撑件20106与镗杆减振段外壳20101通过螺纹固定连接，左旋弹性阻尼杆20103、右旋弹性阻尼杆20105通过一对微型轴承20107与圆形支撑件20106配合，使得减振结构201被定位在减振段外壳20101的内腔中。

进一步说明镗杆减振段外壳20101内壁设计有三条均匀分布的定位槽20109，滑动支撑块20102设计有三道支撑20110，并且每道支撑顶端有与定位槽20109配合的滑块20111，这种结构用来对滑动支撑块20102进行周向定位，滑动支撑块20102的这种设计保证了支撑刚度的同时降低了结构的质量。

所述镗杆减振段外壳20101上有调节孔20112，便于通过调节螺钉20204从外部调节减振结构的固有频率。

镗杆减振段2的末端设置有调节齿轮组202，包括轴向调节齿轮20201、径向调节齿轮20202、调节齿轮支撑件20203、调节螺钉20204、连接螺钉20205，其中轴向调节齿轮20201与右旋弹性阻尼杆20105固定连接，调节齿轮支撑件20203通过连接螺钉20205固定在镗杆减振段外壳20101上，调节螺钉20204穿过调节齿轮支撑件20203与径向调节齿轮20202固定连接，调节螺钉20204与调节齿轮支撑件20203转动连接，轴向调节齿轮20201与径向调节齿轮20202相互啮合，调节齿轮组202具有改变调节方向的作用，将轴向调节转换成径向调节。

一种频率可调的被动式减振镗杆的调整方法，包括下列步骤：

(一)将频率可调的被动式减振镗杆安装在相应镗床上，将镗刀连接在刀头连接块1上，并且在镗床上安装加速度传感器；

(二)将滑动支撑块20102调节至最靠近动力吸振块20104的位置，确定好切削参数后，对工件进行试加工，通过加速度传感器收集的振动信号，计算加工时工件对镗刀的激振频率ω；

(三)利用扳手通过调节孔20112转动调节螺钉来调节每个滑动支撑块20102与动力减振块20104之间的相对距离l，进而改变动力减振块20104两侧的支撑刚度，根据：

其中，ω_n为减振结构201的固有频率，k为动力减振块20104单侧支撑刚度，m为动力减振块20104的质量，E为左旋弹性阻尼杆20103或右旋弹性阻尼杆20105的弹性模量，I为左旋弹性阻尼杆20103或右旋弹性阻尼杆20105的截面惯性矩，l为滑动支撑块20102距动力减振块20104的距离；

令ω_n＝ω，结合公式(1)和(2)可得滑动支撑块20102距动力减振块的距离l的计算公式(3)：

(四)将滑动支撑块20102与动力减振块20104调节至步骤三计算得到的合适距离l，从而使减振结构201获得最有效的固有频率，继续切削直至完成加工。

如图6所示，本发明即是为镗杆内置了一个有阻尼的动力吸振器，动力吸振器是利用附加系统吸收主系统振动能量的装置，当吸振器的固有频率越接近主结构的激振频率时，减振效果越好，但由于镗杆在加工过程中，由于各种切削参数的不同，所产生的激振频率也有所不同，所以本发明设计的固有频率可调的吸振结构能更好的适应加工过程中的各种切削参数。

如图7所示，镗杆减振段2也可串联两个或两个以上使用，减振效果更好。

Claims (6)

1.一种频率可调的被动式减振镗杆，其特征在于：包括刀头连接块、镗杆减振段和镗杆夹持段，其中刀头连接块、镗杆减振段和镗杆夹持段依次采用螺纹连接，所述镗杆减振段包括减振结构、调节齿轮组，其中调节齿轮组与减振结构啮合连接。

2.根据权利要求1所述的一种频率可调的被动式减振镗杆，其特征在于：所述减振结构包括镗杆减振段外壳、滑动支撑块、左旋弹性阻尼杆、动力减振块、右旋弹性阻尼杆、圆形支撑件、微型轴承、固定螺母，其中动力吸振块为圆柱形，两侧带有螺纹孔，左旋弹性阻尼杆、右旋弹性阻尼杆使用阻尼合金材料，通过杆上的螺纹与动力吸振块进行固定连接，再由固定螺母进行加固，滑动支撑块中间有螺纹孔，分布在动力吸振块两侧，分别依靠螺纹连接在左旋弹性阻尼杆、右旋弹性阻尼杆上，通过左旋弹性阻尼杆、右旋弹性阻尼杆使滑动支撑块左右移动，减振结构的两端设置有圆形支撑件，圆形支撑件与镗杆减振段外壳通过螺纹固定连接，左旋弹性阻尼杆、右旋弹性阻尼杆通过一对微型轴承与圆形支撑件配合，使得减振结构被定位在减振段外壳的内腔中。

3.根据权利要求2所述的一种频率可调的被动式减振镗杆，其特征在于：所述镗杆减振段外壳内壁有三条均匀分布的定位槽，滑动支撑块有三道支撑，并且每道支撑顶端有与定位槽配合的滑块，所述镗杆减振段外壳上有调节孔。

4.根据权利要求2所述的一种频率可调的被动式减振镗杆，其特征在于：所述动力吸振块由金属钨制成。

5.根据权利要求1所述的一种频率可调的被动式减振镗杆，其特征在于：所述调节齿轮组包括轴向调节齿轮、径向调节齿轮、调节齿轮支撑件、调节螺钉、连接螺钉，其中轴向调节齿轮与右旋弹性阻尼杆固定连接，调节齿轮支撑件通过连接螺钉固定在镗杆减振段外壳上，调节螺钉穿过调节齿轮支撑件与径向调节齿轮固定连接，调节螺钉与调节齿轮支撑件转动连接，轴向调节齿轮与径向调节齿轮相互啮合。

6.如权利要求1～5所述一种频率可调的被动式减振镗杆的调整方法，其特征在于，包括下列步骤：

(一)将频率可调的被动式减振镗杆安装在相应镗床上，将镗刀连接在刀头连接块上，并且在镗床上安装加速度传感器；

(二)将滑动支撑块调节至最靠近动力吸振块的位置，确定好切削参数后，对工件进行试加工，通过加速度传感器收集的振动信号，计算加工时工件对镗刀的激振频率ω；

(三)利用扳手通过调节孔转动调节螺钉来调节每个滑动支撑块与动力减振块之间的相对距离l，进而改变动力减振块两侧的支撑刚度，根据：

其中，ω_n为减振结构的固有频率，k为动力减振块单侧支撑刚度，m为动力减振块的质量，E为左旋弹性阻尼杆或右旋弹性阻尼杆的弹性模量，I为左旋弹性阻尼杆或右旋弹性阻尼杆的截面惯性矩，l为滑动支撑块距动力减振块的距离；

令ω_n＝ω，结合公式(1)和(2)可得滑动支撑块20102距动力减振块的距离l的计算公式(3)：

(四)将滑动支撑块与动力减振块调节至步骤三计算得到的合适距离l，从而使减振结构获得最有效的固有频率，继续切削直至完成加工。