一种基于颗粒阻尼减振的卧式深孔钻床及其阻尼减振设计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于颗粒阻尼减振的卧式深孔钻床及其阻尼减振设计方法，所述卧式深孔钻床包括内部中空的床身和设置于所述床身上的钻孔模块，所述钻孔模块包括内部中空的钻杆支撑架组和固定于所述钻杆支撑架组上的钻杆；所述床身内部填充有粒径不同的非金属颗粒，所述钻杆支撑架组内部填充有金属颗粒。本发明专利技术在床身内部填充有粒径不同的非金属颗粒，在钻杆支撑架组内部填充有金属颗粒，采用颗粒阻尼的被动减振技术，增大系统的阻尼、提高系统的抗振能力入手来抑制振动。统的抗振能力入手来抑制振动。统的抗振能力入手来抑制振动。

【技术实现步骤摘要】
一种基于颗粒阻尼减振的卧式深孔钻床及其阻尼减振设计方法


[0001]本专利技术属于钻床减振
，涉及一种基于颗粒阻尼减振的卧式深孔钻床及其阻尼减振设计方法。

技术介绍

[0002]深孔加工技术在制造业中扮演着重要的角色。在切削加工中，孔加工约占加工总量的三分之一，而深孔加工又占孔加工的百分之四十。深孔加工也是机械领域中成本最昂贵的工序之一，深孔加工问题由于其加工难度大、加工过程复杂，就显得更为重要，因而深孔加工问题是否解决好，将会直接影响到机械产品的产品质量和生产进度。而深孔加工机床是对长径比大于10的深孔孔系和精密浅孔进行钻削加工的专用机床，在深孔加工中又是应用最为广泛的深孔加工设备，因此深孔加工机床的加工性能和加工精度对零件制造有着直接的影响。
[0003]深孔加工机床在钻削工作过程中会产生一系列的振动，其最终效果会造成钻杆振动，而钻杆又细又长，产生的振动对加工精度、切削效率以及刀具耐用度影响巨大。
[0004]钻杆振动一般包括弯曲和扭转两种类型。钻杆的长径比大和抗弯刚度弱是引起钻杆弯曲振动中最关键的诱因，其次是机床动力部件产生的振动对钻杆的影响。为了使得弯曲振动在加工精度等方面产生的影响减小，通常采用的方式是在钻杆上合适的位置安装中心架，对于直径较大的孔，则采用例如空心套料这样的钻削方法，但由于各个部件之间是刚性连接，无法有效的在振动传递路径上降低振动产生的能量，因此该种方法效果有限。
[0005]而钻杆扭转振动的产生主要是工件材质的不均匀和钻杆的抗扭刚度较弱造成的，深孔钻削的过程中，扭转振动比较常见且在加工过程中危害较大，但在目前还没有好的解决方案。扭振严重时，可造成钻头或者钻杆扭伤，甚至导致加工中断，从而导致加工效率降低。扭振还会使孔的表面产生扭振波纹，孔口呈喇叭状，以及形成噪音，危害巨大。
[0006]CN207309015U公开了一种数控深孔钻床钻杆减振装置，包括若干个减振单元,所述的每个减振单元包括减振件、两个转动连接杆和两个减振圈，所述的两个转动连接杆一端通过转轴与减振件转动连接，所述的两个转动连接杆另一端均与一个减振圈固定连接，所述减振圈内部包括减振轴承和减振垫，所述减振垫包裹在减振轴承外圈，所述减振轴承直接与钻杆接触，所述的两个转动连接杆之间设有两个减振弹簧。该装置独立设置减振部件，减振效果较好，安装方便，工作过程中安全可靠，能够有效保证深孔的加工质量。
[0007]该技术在钻杆处安装减振装置，且该减振装置的核心部件为减振弹簧，而弹簧的减振频域较为固定，适用的工况条件有限，并且弹簧长时间超负荷使用易失效，不仅不能减振，还易造成安全事故。
[0008]CN208195696U公开了一种用于深孔加工的新型防震刀杆，包括空心刀杆，空心刀杆的一端由后盖进行封装，空心刀杆内填充有若干个用于减缓空心刀杆振动的铅丸，若干个铅丸在空心刀杆内由可以沿空心刀杆轴向移动的铅丸压实片进行压实。该专利技术通过
在空心刀杆内填充铅丸，实现了对空心刀杆的减振，通过设置可拆卸的刀具，使刀具在磨损或损坏时便于更换，通过设置调整器，实现了对刀杆内部铅丸密实度的调整，使其达到消除震波的作用，通过设置冷却水管，实现了对刀头上冷却水的供应，本装置能有效地防止在深孔加工中出现的振动波纹，降低零件表面粗糙度，且结构简单，制作成本低，使用方便。
[0009]该技术针对钻杆进行了局部改进，通过在钻杆内部填充铅丸进行减振，可以实现一定的减振效果，但钻杆内部空间完全被占用，影响钻削过程中钻孔内部产生金属屑的排出，而且该技术对于钻床其他运动部件产生的振动无法有效抑制，在更换普通钻杆后，振动仍然存在。
[0010]目前尚未有采用颗粒阻尼技术的大型卧式深孔钻床设备。因此，需要从整体出发，对钻床及其关键部件进行全面的分析，并对钻床及其关键部件进行颗粒阻尼技术优化改进，达到全面减振的目的，提高钻床加工性能和加工精度。

技术实现思路

[0011]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于颗粒阻尼减振的卧式深孔钻床及其阻尼减振设计方法，本专利技术在床身内部填充有粒径不同的非金属颗粒，在钻杆支撑架组内部填充有金属颗粒，采用颗粒阻尼的被动减振技术，增大系统的阻尼、提高系统的抗振能力入手来抑制振动。
[0012]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0013]第一方面，本专利技术提供了一种基于颗粒阻尼减振的卧式深孔钻床，所述卧式深孔钻床包括内部中空的床身和设置于所述床身上的钻孔模块，所述钻孔模块包括内部中空的钻杆支撑架组和固定于所述钻杆支撑架组上的钻杆；
[0014]所述床身内部填充有粒径不同的非金属颗粒，所述钻杆支撑架组内部填充有金属颗粒。
[0015]深孔加工是机加工中加工难度比较大、技术含量高、专业程度较强、成本比较高的孔加工技术，现在已经成为机加工中的关键精加工工序之一。本专利技术采用颗粒阻尼技术着重解决大型卧式深孔钻床工作过程中产生的振动及由振动引起的一系列问题，和传统卧式深孔钻床设备相比，不仅可以提高设备加工能力和质量，延长设备零部件及整机寿命，还可以降低设备制造成本，具有非常重要的意义。具体而言，本专利技术在床身内部填充有粒径不同的非金属颗粒，在钻杆支撑架组内部填充有金属颗粒，采用颗粒阻尼的被动减振技术，增大系统的阻尼、提高系统的抗振能力入手来抑制振动，能有效提高整机模态阻尼比，大幅提高振动产生的能量在设备结构传递路径上的衰减量，有效抑制整机及相关部件的疲劳破坏，不仅可以提高设备加工能力和质量，延长设备零部件及整机寿命，还可以降低设备制造成本。钻杆支撑架组内部设置有颗粒阻尼，用于降低钻床工作时钻杆的振动。
[0016]深孔钻床在工作时其钻杆由于钻削作用引发振动，而钻床的运动部件也会引发一定程度的振动，二者叠加沿振动传播路径传至床身，虽然传至床身的振动已经有所衰减，但其亦不容忽视。本专利技术对钻杆和床身不同频率的振动进行有针对性地设计，由于钻杆处的振动频率相对较高，从颗粒损耗角度，填充金属小颗粒更为合适；床身的振动频率多在中低频段，但其填充量较大，从加工成本和减振效果角度出发，填充粒径不同的非金属颗粒更为合适。
[0017]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述钻杆的轴向贯通，所述钻杆的内表面设置有至少一个颗粒阻尼装置。
[0018]优选地，所述颗粒阻尼装置包括固定于所述钻杆内表面的壳体，所述壳体内填充有金属颗粒。
[0019]优选地，所述钻杆内表面对称设置有四个颗粒阻尼装置。
[0020]本专利技术中，大型卧式深孔钻床的钻杆为颗粒阻尼减振型钻杆，钻杆为中空的轴向贯通结构，采用内排屑方式，钻杆内部同样安装有颗粒阻尼装置，颗粒阻尼装置的内部填充有金属颗粒，金属颗粒填充方式由试验及计算得出，金属颗粒发挥阻尼作用，用以直接消耗钻杆作业时产生的振动能，保证作业质量，又不影响切削屑的排出。钻杆可根据待加工工件的尺寸自由拆装组合，钻杆单节钻杆头尾留有螺纹，以便于若干个单个钻杆组装成不同长度的多节钻杆。
[0021]需要说明的是，大型卧式深孔钻床的床身本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于颗粒阻尼减振的卧式深孔钻床，其特征在于，所述卧式深孔钻床包括内部中空的床身和设置于所述床身上的钻孔模块，所述钻孔模块包括内部中空的钻杆支撑架组和固定于所述钻杆支撑架组上的钻杆；所述床身内部填充有粒径不同的非金属颗粒，所述钻杆支撑架组内部填充有金属颗粒。2.根据权利要求1所述的卧式深孔钻床，其特征在于，所述钻杆的轴向贯通，所述钻杆的内表面设置有至少一个颗粒阻尼装置；优选地，所述颗粒阻尼装置包括固定于所述钻杆内表面的壳体，所述壳体内填充有金属颗粒；优选地，所述钻杆内表面对称设置有四个颗粒阻尼装置。3.根据权利要求1或2所述的卧式深孔钻床，其特征在于，所述非金属颗粒的表面摩擦因子为0.7～0.99；优选地，所述非金属颗粒的表面恢复系数为0.6～1；优选地，所述床身内部填充的非金属颗粒按照粒径不同分为非金属小颗粒和非金属大颗粒；优选地，所述非金属小颗粒的粒径为2.5～3.5mm；优选地，所述非金属大颗粒的粒径为1～2.5mm；优选地，所述非金属颗粒包括石英颗粒；优选地，所述非金属大颗粒和非金属小颗粒的填充重量比为1/5～1/3；优选地，所述非金属颗粒的填充率为90～99％。4.根据权利要求1
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3任一项所述的卧式深孔钻床，其特征在于，金属颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99；优选地，所述金属颗粒的表面恢复系数为0.5～1；优选地，所述金属颗粒的粒径为1～2mm；优选地，所述金属颗粒包括铁颗粒；优选地，所述金属颗粒的填充率为96～99％。5.根据权利要求1
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4任一项所述的卧式深孔钻床，其特征在于，所述床身内部通过格栅结构隔板分割为若干矩阵排布的填充腔，每一所述填充腔内填充同一粒径范围的金属颗粒；优选地，在水平方向的同一层填充腔内交替填充非金属小颗粒和非金属大颗粒，在竖直方向的同一列填充腔内交替填充非金属小颗粒和非金属大颗粒。6.根据权利要求1
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5任一项所述的卧式深孔钻床，其特征在于，所述钻杆支撑架组包括至少两个钻杆支撑架，所述钻杆支撑架包括具有贯通结构的外壳，所述外壳内部设置有轴承，所述轴承两侧保留环形空腔，所述环形空腔内填充金属颗粒，形成颗粒阻尼器；优选地，所述环形空腔内通过隔板分隔为若干扇形截面空腔，所述扇形截面空腔内填充金属颗粒；优选地，所述钻杆穿过外壳的贯通结构，并通过轴承的滚动作用在钻杆支撑架内自由旋转；优选地，所述钻杆的固定端设置有钻杆电机箱，所述钻杆电机箱用于带动钻杆旋转；
优选地，所述钻杆的加工端设置有导向授油箱；优选地，所述床身上还设置有主导轨和主导轨电机，所述钻杆电机箱和钻杆滑动设置于所述主导轨上，所述主导轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：段东平，边贺川，高扬，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：