减振镗杆的结构设计与开发文献综述.doc

本科生毕业设计(论文)文献综述

设计 (论文)题目
减振镗杆的结构设计与开发
作者所在系别
机械工程系
作者所在专业
机械设计制造及其自动化
作者所在班级
xxxx
作 者 姓 名
xxx
作 者 学 号
xxxxx
指导教师姓名
xxxx
指导教师职称
讲师
完 成 时 间

2012
年
2
月

北华航天工业学院教务处制

说 明

1．根据学校《毕业设计(论文)工作暂行规定》，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
2．文献综述应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。
3．文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。
4．学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。
5．文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在2000字左右。文献综述应与开题报告同时提交。

毕 业 设 计（论 文）文 献 综 述
减振镗杆的文献综述
摘 要：在金属切削过程中发生的再生颤振问题是不可忽视。本综述主要综述了减振镗刀杆应用背景、意义及特点，国内外的发展现状和目前减振镗刀杆研究中出现的问题与发展趋势。

关键词：减振镗杆 再生颤振 动力减振 性能参数

Synthesis report of the damping of the boring bar
Abstract: Regenerative chatter happened during the process of metal cutting can be ignored. In this report, mainly introduced the background, significances and characteristics of the damping Boring Bar, current development at home and abroad, and the damping Boring Bar’s issues and trends.

Keywords：damping boring bar regenerative chatter dynamical absorber dynamical absorber

1 减振镗刀杆的应用背景、意义
机械制造业在整个国民经济中占有十分重要的地位，而其中金属切削加工是基本而又可靠的精密加工手段，切削加工过程中常常伴随有振动产生，特别是在细长孔的切削加工过程中，更易产生振动。切削振动是影响切削加工质量和刀具耐用度的一个关键因素。
机械加工过程尤其是在深孔镗削中的切削颤振和刀具刚性不足是金属切削加工中影响产品表面质量、降低刀具寿命的一些重要因素，单纯的通过改变镗杆结构的静刚度和动刚度具有其局限性，减振镗杆的提出有效的解决了这个问题 [1]。
2 国内外的发展现状
21 国外发展现状
减振刀杆在机械行业的研究中，已经有很长的历史了。早在1907年Taylor在其著作中阐述颤振产生的机理时，认为形成不连续切削的周期与工件、刀架或者机床的传动机构中的任一部分振动的固有周期相同，是产生颤振的主要原因之一。自20世纪40年代以来，切削颤振一直是机械制造行业与加工领域的主要研究课题，同时发展出机床动力学、切削动力学的学科分支。 随着计算机的发展和其深入应用，各学科各部门之间日益渗透和交叉，为切削颤振的研究提供了更为广阔的理论基础和技术手段，使得切削颤振的研究无论是在理论上还是在实际应用方面都有着深刻的变化和长足的发展。1990年，Budak和Altinatas为开发二自由度线性系统的铣削刀具模型做了大量工作，证实瞬时切屑厚度、刀具几何形状影响切屑力的大小。他们为二自由度系统正式问世做了较大贡献。后来Ormendroyd和Den Hartog对阻尼减振器作出初步分析，以后又有许多学者作了深入的研究[2]。2004年Chiang C.Mei提出了用一种波控制装置来控制镗刀杆的振动[3]。
在国外市场中，日本三菱公司和东芝公司已经有系列化的产品。三菱公司(刀杆最大长径比L/D = 6)的设计思想是减轻刀具的头部重量，一般这种刀的刀头和刀杆是一体的，刀片一般使用可转位刀片，刀杆的头部被切掉一部分制成特定的形状来改变刀具的性能[4]。
东芝公司的减振镗杆是在刀具的两边平行的切掉一部分，再用刚度和强度大的材料嵌在两边，从而提高镗杆的静刚度。这种镗杆的原理简单，其镶嵌在杆两侧的硬质材料和刀体粘结程度是影响镗杆质量的关键因素。同时由于受到两条加固材料的刚度、厚度和它与杆体粘结的紧密程度的影响，因此长径比的值也受一定的局限。
瑞典Sandvik公司的减振刀具(刀杆最大长径比L／D=12)是目前最先进的刀具，它所采取的方法是给刀杆加内置减振系统。这虽然提高了刀体的动刚度，但也有它的局限性，例如减振块的密度不可能太大，阻尼器的寿命严重地影响这种刀具的使用寿命[5]。
美国的Kenametal公司生产的减振刀具(刀杆最大长径比L／D=8)主要是采用特殊的材料制成，也属于提高刀杆静刚度的一种。
目前国外学者更多的是采用新材料、新结构来实现镗杆的减振效果, AndrenL等人就提出了Euler
Bernoulli减振镗杆模型。Felipe Antonio Chegury Viana等人基于蚁群算法设计出可调动态减振器。Evita Edhi, Tetsutaro Hoshi设计了一种新型摩擦阻尼器，能够有效地抑制高达10000赫兹的高频率颤振[6]。
2.2 国内发展现状
国内的一些减振刀具很多都处于研究阶段，采用的都是增加刀体静刚度的方法，例如镍基重合金防振刀具等。但是大部分的减振措施都是在工艺上进行改良或是在加工过程中采用一些技巧[7]。也有学者利用ADAMS软件对减振镗杆动力学模型进行仿真优化分析。其实进行传统的动力学分析是一种更为简单的方法, 只是传统的方法只适用激振频率不变的情况。部分高校如哈尔滨理工大学、长春理工大学也在研制基于动力吸振器的减振镗杆,但对于长径比大于等于10∶1的内置式减振镗杆尚没有进行开发研究[8]。
3 目前减振镗刀杆研究中出现的问题与发展趋势
机械加工过程尤其是在深孔镗削中的切削颤振和刀具刚性不足是金属切削加工中影响产品表面质量 降低刀具寿命的一些重要因素。目前，比较先进的增加静刚度的方法是采用硬质合金钢、陶瓷或氮化硼等材料来增加刀杆的弹性模量，达到减少刀杆弯曲变形的目的[9]。利用硬质合金钢作为刀具材料的方法现在被大量使用，他们主要是用来代替以往一般的刀杆，但对于长径比比较大的刀具这种方法也是无能为力的，特别是在要求工具具有比较复杂的形状结构的情况下，其造价特别高。另外，通过减少切削用量来降低切削力也可以达到减少刀杆变形量的目的，但这样势必会导致生产效率下降，而且在某些情况下，即使减小切削力也不能达到加工要求，所以这也不是最好的方法。以上的主要方法是用来增加刀杆的静刚度。由此可见，增加静刚度的方法有一定的局限性，而增加动刚度则是解决此问题的关健途径。因此预见采用动力减振来解决镗杆的动刚度将成为未来减振镗杆设计的一大趋势。

参考文献
[1] 胡李波，王民，李刚.动力减振镗杆的减振性能研究[J].机械设计与制造，2009,1(1):131-132.
[2] 刘荣忠.减振刀杆的优化设计[J].振动与冲击，1993,（4）:29-30.
[3] Chiang C.Mei. Active regenerative chatter suppression during boring manufacturing process [J].Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 2004,7(2005)153-158.
[4]张克东.减振刀杆的研制与开发[D].长春:长春理工大学2003,12,4-5
[5] 韦联.减振镗杆的动力学仿真及其参数化优化[D].四川:西华大学.2011,5:2~3.
[6] Evita Edhi;Tetsutaro. Hoshi Stabilization of high frequency chatter vibration in fine boring by friction damper[J]. Precision Engineering，2001，25(3)：224-234 .
[7] 张海丰，马术文.动力减振镗杆结构参数优化[J].机械设计与研究. 2009,25(1):84~85.
[8] 孔金星，任违.基于模态试验的两种减振镗杆动态特性测试[J].机床与液压2010(20):35-36.
[9] 程宏伟,罗红波,郭华琛,王丽.减振镗杆的动态特性分析[J].工具技术， 2008,4(2):52-53.

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