中北大学机械与动力工程学院 陈艳玲

引言

在机械制造行业，尤其是重型机械行业中，深孔加工的地位是非常重要的[1]。在深孔钻削加工中，由于钻杆又细又长，振动对加工精度、切削效率以及刀具耐用度都影响很大。钻杆扭转振动产生的原因主要有：1.工件材质的不均匀；2.钻杆的抗扭刚度较弱。现针对钻杆扭振采取的措施主要有[2]：1.控制切削用量；2.尽可能提高动力传递系统的刚度；3.合理设计和改进钻头的结构；4.使用动力减振器。

本文研究的是通过附加扭振动力减振器来对钻杆系统减振。首先对深孔钻削扭振减振系统进行简化，建立钻杆系统的动力学方程，再用一加工实例来说明系统中各项参数的确定，以及动力减振器的结构参数的设计并对各项参数进行优化，最后利用Simulink软件对附加动力减振器前后的钻杆系统进行动力学仿真对比，验证经过优化的动力减振器取得了良好的减振效果。

1 钻杆系统动力学方程的建立

在深孔钻削过程中，钻杆容易产生扭振，在钻杆支架上安装动力减振器，可以有效抑制钻杆的扭振。动力减振器安装在BTA深孔钻床上的位置如图1[3]。

图1 动力减振器在钻床上安装位置示意图

根据深孔钻削加工的特点，可将深孔钻削系统视为单自由度系统，因此附加动力减振器后的减振系统，可简化为图2所示情形[4-5]。

图2 深孔钻杆扭振模型

图3 减振系统力学模型

为了方便研究，这里选择附加一个动力减振器的模型进行分析[6]，如图3所示。……