数控减振镗杆设计与分析.pdf

M o de r n 现 Ma 代 n u f a 制 c t u 造 r in g 、 & 工 Pr o 艺 ces 装 s E 备 qu ipme n t I 2 。 巧年 第 J 期 l 。 I 数控减振镗杆设计 与分析 芦晓荣 ( 张家港工贸职业高级中学， 江苏张家港2 1 5 6 0 0 ) 摘要 ： 本文对振动影响进行 了分析 ， 并在此基础上对减振镗 杆进行 了初步 的设 计 ， 并对镗 杆 的结构、 材料 、 弹性 元 件、 质量块等重要参数都进行了选择设计， 通过 A D A M S与 A N S Y S软件对镗杆进行 了联合仿真分析， 又进行 了实际 加 工对 比。最终得 出减振镗杆 的优越 性 ， 对数控镗杆加 工的减振措施 有一定的意义。 关键词 ： 减振镗 杆仿真 中图分类号 ： F 4 0 7 4 1 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 2 6 8 8 6 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 3 7 0 5 A de s ig n a nd a na ly s is o f CNC b or ing ba r LU Xia or ong Ab s t r a c t ：I n t h is p a p e r ，t h e in fl u e n c e o f v ib r a t io n is a n a ly z e d，b a s e d o n wh ic h a p r e limin a r y d e s ig n o f t h e d a mp in g b o r in g b a r is ca r r ie d o u t Mo r e o v e r ，t h e imp o r t a n t pa r a me t e r s o f t he s t r u c t u r e，ma t e ri a l，e la s t ic e le me n t ，a s we ll a s ma s s o f t h e b o r in g b a r a r e a ls o s e le c t e d a n d d e s ig n e d，a n d a s imu la t io n a n a ly s is o f t h e b o r in g b a r is c a r r ie d o u t b y ADAMS a n d An s y s s o f t wa r e，a n d it is a ls o t e s t e d in a c t u a l p r o c e s s in gTh e r e s uhs pr o v e t h e s u pe r io r it y o f t h e d a mpin g b o r in g b a r ，wh ic h ha s c e r t a in s ig n ifi c a n c e f o r v ib r a t io n r e d u c in g me t h o d o f t h e p r o d u c t io n o f NC b o r in g b a r Ke y wo r ds：d a mping ； bo ri n g ba r ； s imula t io n 0 引言 当代 ， 金属切削加工方法依然是机械制造行业 的主导方法。切削加工技术非常广泛地应用于各个 行业 、 领域 ， 并且对加 工的要求越来越严格 ， 特别是 对零部件的加工精度的要求也越来越高 。在许多情 况下 ， 为了满足加工的要求 ， 对刀具的各方面性能也 提出了非常高的要求。切削过程中振动所产生的影 响以及整个结构的刚度 ， 很大程度上决定 了整个切 削系统的稳定性以及工件 的加工精度 ， 振动不仅仅 会降低切削系统的加工效率 ， 同时还会影响工件的 表面质量 ， 影响到工件 的加工精度。 在进行孔镗削加工时 ， 刀杆伸出过长 ， 很容易发 生振动同时伴随着尖锐 的噪音 ， 无论是对加工者还 是加工的零件都造成了很大 的影响。刀具是任何数 控类加工和切削类加工 的重要组成部分 ， 刀具 的好 坏直接影响了机床性能 的发挥。而实际上想要最大 限度的使用好机床 ， 合理 的发挥机床的各相关性 能， 加工系统 的刚度是关 键。而要使得 系统有好 的刚 度 ， 就必须要有有效的措施 ， 使用减振刀杆不乏是一 个 比较好的方法 。 1 振 动影响 机械振动危害很大 ， 无论是机械还是结构 ， 其最 终破坏或者失效都是 由其直接引起的。在大多数的 机械、 工程结构及仪表 中都普遍存在 。当然其对机 械加工的影响也是非常普遍的。特别是对生产率和 工件表面质量的影 响， 它是一种普遍存在而又极其 有害的物理现象。我们从以下几种加工中出现的振 动来分析其危 害： 1 ) 振动产生后 ， 导致刀具 的加工 质量下降 ， 直接影响到工件的表面光洁度 ， 具体表现 为工件表面有比较明显 的振纹 ； 2 ) 刀具受到额外 的 冲击力作用 ， 切削力不稳 ， 刀具很快磨损甚至于直接 崩刀， 导致刀具无法使用 ； 3 ) 机床的主要 工作部件 因振动而松动或脱落 ， 整个加工系统的刚度 、 精度下 降 ， 严重的时候将无法使用机床 ， 危险的甚至会危及 观 弋 l M o d e r n M a c h 珂 操作者 ； 4 ) 由于振动 ， 刀具在加工的过程 中会发 出 尖锐的噪音 ， 对操作者造成伤害。而很多时候为 了 减少振动提高加工质量 ， 操作者只好改变切削参数 ， 降低切削深度 、 切削速度或是进给量 ， 这样生产效率 就降低了。因此 ， 研究分析机械加工中振 动产生的 原因， 并采取有效的措施来控制振动是非常有必要 的 2 减振镗杆设计 2 1 镗杆结构 这里我们将选用设计 的杆体基本参数是 ： 长度 为 1 6 0 m m， 直径为 2 0 mm， 4 5 钢的弹性模量为 2 0 6 G P a ， 泊松 比0 3， 密度 7 8 0 0 k g m 。装夹部分表面 全约束 ， 限制刀杆轴 向运动 。将减振器设置在刀杆 的端部 ， 由于减振块放置在刀杆的内部 ， 受到刀杆内 部空腔尺寸 的限制 ， 故减振块通 常都选用质量 ( 密 度 ) 比较大的材料 。减振镗杆 的基本结构如图 1所 不n 1 刀 头 ； 2 调 节 螺 钉 ； 3 调 整 块 ； 4 密封 圈 ； 5 橡胶弹簧； 6 减振块 ； 7 垫片 ； 8 刀杆 。 图 1 减振镗杆的基本结构 在图 1所示 的减振镗 杆 中， 减振块 由两个 橡 胶 圈支撑 ， 并 在减振块 与空 腔之 间间隙 中注入 阻 尼液。在刀杆 端部设 置一调 整块 ， 可 以通过刀 头 的调节螺钉来进行细微的调整。一旦 系统发生振 动， 减振装置就会起到作用 ， 刀杆 的振动能量会被 吸收或消耗 ， 从而致使刀杆振动达到最小 ， 来改善 刀具 的切 削性 能。这种 结 构 的镗杆 抗 振 能力 更 强 ， 加工范 围广 。 2 2 镗杆材料 刀具切削部分 在很 高 的切削温 度下工 作 ， 连 续经受强烈 的摩擦 ， 并承受很大 的切削力和 冲击 ， 所 以刀具的切削部 分的材料必须具备下列基 本性 能 ： 1 ) 硬度 ， 刀具切削部分材料的硬度必须高于被 加工材料 的硬度 。常温下 ， 刀具 硬度应 在 H R C 6 0 以上 。2 ) 耐磨性 ， 刀具材料 在切 削过程 中承受剧 烈的摩擦 ， 因此必 须具有较 好 的耐磨性 。这 一性 3 8 能一方面取决于 它的硬 度 ， 另 一方面取 决 于它 的 化学成分和显微组织 。3 ) 强度 和韧性 ， 切 削时刀 具要能承受切削力与冲击力 。一般用抗弯 强度和 冲击韧度值来反映材料强度和韧性 的高低 。4 ) 耐 热性 ， 刀具磨损 的主要 原 因是热 效应 ， 因此 ， 耐热 性是衡量 刀具材料 切削性 能 的重要 指标 ， 它是 指 在高温下保 持材料 硬度 的性能 ， 可用高 温硬 度表 示 ， 也可用红硬性 ( 维持刀具材料切削性能 的最高 温度 限度) 表示 。耐热性越好 ， 材料允许 的切削速 度越高 。5 ) 工艺性 ， 为 了便 于刀具 的制造 和推广 使用 ， 要求刀具 材料 还应尽 可能具有 良好 的工艺 性与经济性 。 镗杆的材料多种多样 ， 国内一般 的刀杆材料有 4 5 钢 ， 4 0 C r ， 4 0 C r 调质 ， 硬质合金等几种材料。由 于 4 5 为中碳钢 ， 调质后硬度适中， 综合机械性能最 好 ， 因此本文选取 4 5 作为刀杆的材料。 2 3弹性元件的选择 弹性元件的选择在减振装置中也是很重要 的。 当减振装置发生作用时 ， 弹性元件可以通过 自身的 细微变形从而起到缓 冲振动和传递作用力的作用 。 综合考虑本文减振镗杆 的结构特点 ， 选择橡胶弹簧 作为减振镗杆的弹性元件。 2 4减振质量块的设计 减振系统中起决定性作用的主要还是减振质量 块材料 ， 此处减振质量块 的材料选择密度 为 1 7 1 0 k g m 的合金。减振质量块体积 的选取受到 内 孔的限制 ， 在设计