This paper presents a novel design method of the anisotropic structure to attain infinite dynamic stiffness to avoid chatter vibration in boring operations. Because a long and slender tool is used for boring operations, the stiffness of the tool holder is likely to decrease, resulting in low chatter stability. Although it is difficult to improve the stiffness of the boring holder itself, the nominal dynamic stiffness for the cutting process can be improved by designing an appropriate anisotropy in the dynamic stiffness of the boring tool. In this study, we formulate a theoretical relationship between the mechanical structural dynamics and chatter stability in boring operation and present the basic concept of tool design with anisotropic structure. In the actual tool design, ideal anisotropy may not be realized because of the influence of design error. Therefore, an analytical study was conducted to clarify the influence of the design error on the vibration suppression effect. Analytical investigations verified that the similarity of the frequency response functions in the modal coordinate system and the design of the compliance ratio according to the machining conditions are important. Furthermore, we designed a boring tool with an anisotropic structure which can achieve the proposed anisotropic dynamics. The frequency response function was evaluated utilizing FEM analysis. The estimated anisotropic dynamics of the proposed structure could significantly improve the nominal dynamics for boring operations.

本文提出了一种新颖的各向异性结构设计方法，以达到无限大的动态刚度，从而避免在钻孔过程中产生颤振。由于细长的刀具用于镗孔操作，因此刀柄的刚度可能会降低，从而导致颤振稳定性降低。尽管很难提高镗刀架本身的刚度，但可以通过在镗刀的动态刚度中设计适当的各向异性来提高切削过程的名义动态刚度。在这项研究中，我们建立了镗削过程中机械结构动力学与颤振稳定性之间的理论关系，并提出了各向异性结构的刀具设计的基本概念。在实际的工具设计中 由于设计误差的影响，可能无法实现理想的各向异性。因此，进行了分析研究以弄清设计误差对减振效果的影响。分析研究证明，模态坐标系中频率响应函数的相似性以及根据加工条件设计顺应性比很重要。此外，我们设计了一种具有各向异性结构的镗孔工具，可以实现所提出的各向异性动力学。使用FEM分析评估了频率响应函数。所提出结构的各向异性动力学估计可以显着改善镗孔作业的名义动力学。进行了分析研究，以弄清设计误差对减振效果的影响。分析研究证明，模态坐标系中频率响应函数的相似性以及根据加工条件设计顺应性比很重要。此外，我们设计了一种具有各向异性结构的镗孔工具，可以实现所提出的各向异性动力学。使用FEM分析评估了频率响应函数。所提出结构的各向异性动力学估计可以显着改善镗孔作业的名义动力学。进行了分析研究，以弄清设计误差对减振效果的影响。分析研究证明，模态坐标系中频率响应函数的相似性以及根据加工条件设计顺应性比很重要。此外，我们设计了一种具有各向异性结构的镗孔工具，可以实现所提出的各向异性动力学。使用FEM分析评估了频率响应函数。所提出结构的各向异性动力学估计可以显着改善镗孔作业的名义动力学。分析研究证明，模态坐标系中频率响应函数的相似性以及根据加工条件设计顺应性比很重要。此外，我们设计了一种具有各向异性结构的镗孔工具，可以实现所提出的各向异性动力学。使用FEM分析评估了频率响应函数。所提出结构的各向异性动力学估计可以显着改善镗孔作业的名义动力学。分析研究证明，模态坐标系中频率响应函数的相似性以及根据加工条件设计顺应性比很重要。此外，我们设计了一种具有各向异性结构的镗孔工具，可以实现所提出的各向异性动力学。使用FEM分析评估了频率响应函数。所提出结构的各向异性动力学估计可以显着改善镗孔作业的名义动力学。