毕业设计（论文）开题报告-减振镗刀的设计与分析

中 北 大 学 信 息 商 务 学 院毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：系 名：机械工程系专 业：机械设计制造及其自动化设 计 题 目：减振镗刀的设计与分析指导教师: 2016年 3月21日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.1课题背景及研究意义 振动是切削加工中普遍存在的现象,它严重得降低了零件的加工精度与表面粗糙度,限制切削加工向高速、高精和强力方向发展。随着机械制造技术的不断发展,实际工程中对切削加工技术的要求越来越高,1特别是一些对加工精度要求极高的行业,如兵器与航空宇航制造业等,加工中即使发生微小的振动也会使零件精度或表面粗糙度很差,达不到设计要求。目前陶瓷、多种涂层和立方氮化硼等各种新型刀具材料在切削加工中日益获得广泛的应用,这些材料制成的刀具一般具有很高的硬度,耐热性也比较好,能持续在高转速条件下切削,从而使生产效率得到大幅提高。可是这些刀具对振动引起的冲击载荷耐受性很差,很容易发生崩刃,因此在使用这类刀具进行加工时要尽量控制振动的发生。而且由于钛合金、铝合金及一些新型材料的快速发展,结构的轻型化是以后机械设备的必然趋势,薄壁型零件的生产逐渐增多,其对加工条件要求更为苛刻,更需严格控制振动。因此,有必要认真研究机械加工中发生振动的原因及其防治方法,以便能降低甚至消除振动。 当车刀和镗杆的悬伸比较大时,由于静刚度或动刚度的不足易于激起振动,导致所生产的工件达不到设计要求。镗削的半封闭的加工特点致使镗杆的结构受很大限制,基本上为长径比较大的细长型结构,导致其静刚度与动刚度都比较差,一般来说,当刀杆的长径比大于5时切削系统就会发生颤振,2甚至在很多应用中,例如车削内螺纹或内表面开槽时,颤振有可能在长径比为2-3就开始了。颤振的产生会严重影响工件表面质量和性能,而且工艺系统也不断承受周期性的动载荷作用,很容易发生损坏,为了抑制颤振不得不将切削用量减小,这就造成生产效率的降低。从理论来说减小镗杆的悬伸长度或增加镗杆的直径对减小颤振的产生是有利的。但受制于实际的加工需要,不可能降低镗杆的悬伸长度或增加直径的尺寸。在追求零件整体化加工的趋势下,深孔加工在机械加工中占有越来越重要的地位。所以为了突破这一影响制造业发展的瓶颈,减振刀杆的研制一直是国内外的热门课题,国外的学者在这方面做了很多努力同时也取得了不小的成果,制造出了成熟的产品。相比较而言虽然国内的很多单位也致力于此,但效果均不太理想,与国外水平有很大差距,使得同类刀具技术目前被国外产品垄断,如美国肯纳(Kennametal)的直径25mm、悬伸10倍的减振镗刀现在报价要在2万以上,价格非常高,但我国目前很少有自己的成熟定型产品,不得不以大量资金引进国外刀具,因此减振刀具的研制已经成为我国切削加工行业急需解决的重大问题。 针对以上问题本文提出了动力减振的方法研究。要想提高镗刀杆的抗振效果,首先要提高镗杆自身的动刚度,其次还要增加镗杆的系统阻尼,增强系统对振动的吸收能力; 本人基于这种想法，于是在镗杆中选择加入减振系统来进一步提高减振性能。 从实际应用价值来讲,减振刀杆的研究有利于我国切削制造业的发展。改革开放以来,我国在刀具生产方面发展迅速,并且我国还是世界的“制造中心”。但我国的切削制造水平与国外依然存在很大的差距,在生产制造业的道路上还有很长的路要走。对于那些长径比大的零件加工,普通刀具是很难保证加工质量的。而要采用匹配的刀具就得考虑刚度稳定性。国内目前大多采用具有较高刚度的材料的方法设计制造减振刀杆,但当长径比超过8时,这种方法也不能起太大作用。5我国目前只能进口国外的刀具。这使得零件加工综合加工成本很高。如果能在阻尼减振刀杆方面有所突破,则会大大降低加工的成本,增强产品市场竞争力。并可以带动其它相关产业,提高我国机械制造行业的竞争能力。61.2镗杆振动控制的国内外现状 虽然学者们在减振镗杆上花费了大量的精力和时间,但它的研究和发展还是比较缓慢。主要是目前对于振动的机理研究仍不够完善透彻,以至于在刀杆设计时采用了大量的简化计算,产品很难投入实际中使用。到目前为止,世界上也只有几家厂商可以设计生产出较为成熟的产品。迫于需要近年来各国对振动的研究不断加深,再加上新材料及新的控制理论的不断发展,使减振技术日益完善。系统的总结起来就目前主流的减小振动的措施一般分三类:主动控制7,半主动控制8与被动控制。近年来以智能材料和先进控制理论为主要研究目标的半主动、主动控制正蓬勃发展,但被动控制仍以其独特的优点成为研究的重点方向。 被动控制是通过增加切削系统的硬性参数指标(如动刚度)或在结构上附加吸振器,减振器等方法抑制振动。相对于半主动、主动控制来说,被动控制的反应速度比较慢而且作用频域比较窄,系统参数一旦设定就很难更改,而实际的加工中振动形式是不断变动的。但由于其价格低廉,构造简单而且便于应用的特点,使得被动控制仍具有相当大的潜力。况且国内外对于切削的被动控制研究由来已久,一些理论已日臻成熟,也出现了不少相对成功的例子。 参考文献：1 朱垂岱,庞学慧,张余生等.颗粒阻尼镗刀杆减振分析与试验研究J.制造技术与机床,2014,(10)2 王军,吴凤和,韩亚丽等.层状复合结构镗刀杆设计与性能研究J.中国机械工程,2013,24（6）3 王建,丁国富,张海峰等.减振镗刀切削加工试验研究J.中国测试,2009,35（6）4 曾海波,罗红波,李红梅.阻尼合金消耗因子对镗杆减振性能的影响J.组合机床与自动化加工技术,2011,（8）5 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）6 石晓龙,庞学慧.镗刀刀杆减振分析与试验研究J.内燃机与配件,2015,（11）7 张海生,周丽平,刘小莹.切削参数对内置式减振镗杆振动影响的研究J. 机械设计与制造, 2013,（5）8 王兰波,张志军.单自由度高频减振镗杆结构的优化设计J.新技术新工艺,2010,(12)9 刘立佳,刘献礼,许成阳等.减振镗杆振动控制研究综述J.哈尔滨理工大学学报,2014,19(2)10 夏峰,刘战强,宋清华.约束阻尼型减振镗杆J.航空学报.2014.35(9)11 秦柏,邵俊鹏.重型数控机床深孔加工动力减振镗杆的设计与仿真J.哈尔滨理工大学学报.2006,11(1)12 王雪庆,严东明.减振镗杆国内外专利技术分析J.化工管理.2015,(20)13 李红梅,罗红波.减振镗杆装夹位置对减振性能的影响J.工具技术.2010,44(4)14 张杰斌,张湧.减振原理在镗杆上的应用J.机械工人。2004,(11)15 王明红,张宗城,唐勤生等.机械加工工艺系统振动与新型阻尼镗杆J.2003,17(4)16 王艳萍,陈云鹏,运同树.镗刀杆的减振分析与设计R.北京:齐齐哈尔第一机床厂.2005.9.117 吴天行,华宏星.机械振动M.北京:清华大学出版社,2014.04.0118 马志伟.基于颗粒阻尼的减振刀具技术基础研究D.太原:中北大学,硕士学位论文.201319 韦联.减振镗杆的动力学仿真及其参数优化D.成都:西华大学,硕士学位论文.201120 任栋.颗粒阻尼减振镗杆减振分析及试验研究D.太原:中北大学,硕士学位论文.201421 李红俊.复合结构减振镗杆设计D.秦皇岛:燕山大学,硕士学位论文.200922 杜景轩. 大长径比阻尼减振刀具设计理论与实验研究D.太原:中北大学,硕士学位论文.201323 吴涛.大长径比减振镗杆的研究D.安徽:安徽大学,硕士学位论文.201524 秦柏.深孔加工动力减振镗杆的动力学仿真与参数化分析D.哈尔滨:哈尔滨理工大学, 硕士学位论文.200625 许成阳.深孔加工用镗杆减振性能的研究D.哈尔滨:哈尔滨理工大学,硕士学位论文.201526 袁黎.大长径比减振镗杆的形状优化设计D.湖南:湖南科技大学,硕士学位论文.201427 夏峰.约束阻尼型减振镗杆的研制与开发D.山东:山东大学,硕士学位论文.201428 张克东.减振刀杆的研制与开发D.吉林:长春理工大学,硕士学位论文.200329 周理根,岳鹏,陈华伟等.带减震装置的镗刀P.中国专利，CN201420094342.X,2014.8.1330 肖望强,段东平,边贺川等.一种阻尼减振刀杆P.中国专利,CN201110221380.8,2011.12.14 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1本课题要研究的主要问题深孔加工过程中，大悬伸的刀杆是整个系统中的薄弱环节和振动根源，极易发生振动，而振动优势切削加工时刀具损坏、加工质量差的主要原因。本设计的主要任务就是研究减振镗刀来减少或消除深孔刀杆的振动，提高刀具动态性能，使刀具更稳定。2.2拟采用的研究手段本文采用动力减振的研究手段来设计刀杆。它是通过在镗刀杆的内部加减振块，橡胶圈，阻尼液等元件来达到理想的减振效果。这种设计不仅没有改变镗杆原有的外观形状，还在一定程度上减少了振动带来的不便，是一种使用前景非常广阔的设计方式。2.3设计的主要任务和工作内容 原始数据及技术要求： 1.设计直径为50mm，长径比达15的动力减振镗杆，实现刀杆的减振要求，达到目标加工精度Ra3.2； 2.减振镗杆结构设计合理，工艺性强。 工作内容： 1.根据动力减振镗杆结构特点，完成刀杆基本结构设计，并进行理论分析，完成刀杆数学建模。 2.外文翻译至少3000字。 3.撰写设计说明书。2.4完成设计的进度安排 2月29日 3月12日：查阅课题相关文献，撰写开题报告，外文翻译； 3月13日 3月26日：课题方案论证，并熟练掌握AutoCAD、UG等绘图造型软件； 3月27日 5月1日：结构设计、三维造型、图纸绘制和相关力学分析； 5月2日 5月31日：毕业设计说明书撰写，完善设计方案； 6月1日 6月5日：打印、装订，准备论文答辩。