减振镗杆的动力学分析与优化设计文献综述

文献综述（或调研报告）：

在机械加工过程中，镗削常用于孔类零件的粗或精加工。在加工盲孔、台阶孔或者异型孔时， 除需选择精度较高的机床外，经常需要用到悬臂镗杆，特别是在加工深孔时，通常需要悬伸长度较大的镗杆。因镗杆悬伸长径比较大（长径比大于4）时，易发生振动而影响加工质量，同时降低加工效率。因此，为了避免或减小振动，有时不得不减少切削用量，致使机床和刀具的工作性能得不到充分发挥。为了使零件获得较高的表面质量，在合理选择刀具切削参数和切削用量以及采取机床隔振措 施的基础上，还必须设法抑制镗杆在镗削过程中 的切削颤振。针对镗杆切削颤振的抑制问题，国内外许多学者对此进行了深入地研究，如：Mei通过主动控制方法吸收镗削产生的振动能量，提高了镗削过程中的加工效率；Sathisshkumar和Sundaram^[1]基于颗粒阻尼技术设计了一种减振镗杆，通过颗粒之间的表面摩擦和非弹性碰消耗振动能量，用其设计的镗杆进行镗削实验，结果表明加工表面质量得到较好的改善；孔天荣等针对深孔镗削过程中的颤振问题，设计了一种基于磁流变液的智能镗杆构件，通过控制切削系统的固有频率在一定的范围内封闭型变化，有效地抑制了镗削过程中颤振的发生；同时研究结果表明，增大镗杆的刚度和阻尼，切削系统的稳定性叶瓣曲线沿纵坐标方向上移，极限切削宽度增加，从而提高了系统的切削稳定性针对目前镗削中所用镗杆的悬伸长径比较大、抗振性能较差，致使工件加工质量差和加工效率低等诸多问题，本文设计了一种新型抗振镗杆——约束阻尼型镗杆，如图１所示， DS_R1 为基体层半径，DS_R2为阻尼层外围半径，此镗杆具有分层结构，外形尺寸与普通镗杆一致，其结构主要由４部分组成：镗刀头、基体层、阻尼层和约束层。各层所用材料与普通镗杆不同，其中，镗刀头与基体层选用机械综合性能良好的40Cr合金钢；阻尼层优先选取轻质、高比强度、高阻尼性能材料，一方面可以降低镗杆的整体质量，另一方面可以增大整体镗杆的阻尼性能；为保证所设计的减振镗杆具有良好的静刚度，约束层优先选取高刚性材料，如硬质合金、碳纤维环氧复合材料。 因此，本减振镗杆的设计理念是将高刚性材料与轻质、高比强度、高阻尼材料以分层结构的形式复合在一起，兼有低质量、高刚度和高阻尼的优点， 此分层结构镗杆的固有频率及阻尼均高于相同尺寸的普通镗杆。本减振镗杆的减振机理是：当镗杆的基体层由于切削振动产生弯曲振动而使阻尼层伸长时，约束层的伸长远小于阻尼层的伸长，因此它会阻止阻尼层的伸长；相反，当阻尼层压缩时，约束层又阻止阻尼层的压缩，由于阻尼层的伸长和压缩受到约束层的阻碍，因而在阻尼层内产生剪切应变和剪切应力，从而消耗更多的振动能 量，达到减振效果。利用约束层和阻尼层之间的相互作用，既保证镗杆有较大的刚度，又保证镗杆具有较好的阻尼特性，由此实现抑制切削颤振、提高镗削过程稳定性的目的。

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参考文献：

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