CN106903517A - 一种减振夹具及拼接模具铣削用智能减振系统 - Google Patents

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Abstract

一种减振夹具及拼接模具铣削用智能减振系统，它涉及一种减振夹具及减振系统。在汽车覆盖件加工过程中，需要利用拼接模具对多个模件进行拼接，由于刀具刃口部位承受着频繁的交变切削载荷，使刀片出现过度磨损或破损，严重时还会引发刀体整体断裂，进而降低了模具的型面精度。本发明中外支撑框通过多个第一柔性铰链与中间支撑框相连，中间支撑框通过多个第二柔性铰链与内支撑板相连，内支撑板上有多个拼接件用夹持孔；本发明中实验台上设有测力仪，测力仪上设有减振夹具，测力仪通过放大器与数据采集箱相连，上层架体设有调节器，调节器通过超声波发生器与计算机相连，加速度传感器通过数据采集箱与计算机相连。本发明用于汽车覆盖件加工过程中。

Description

一种减振夹具及拼接模具铣削用智能减振系统
技术领域
本发明涉及一种减振夹具及智能减振系统，属于机械加工技术领域。
背景技术
随着我国汽车工业的快速发展，汽车企业的竞争也日益加剧。近年来，为了适应消费者对汽车安全舒适及造型的个性化等方面的需求，也使得汽车更新换代的速率加快。汽车改型换代的重要标志是外形上的改进，意味着汽车覆盖件在构造上有所更新。汽车覆盖件模具有结构尺寸大、形状复杂、尺寸精度和表面精度要求高的特点。模具材料大多为Cr12MoV和7CrSiMnMoV等工具钢，淬火后硬度达到HRC50-65，属于典型高强度和高硬度材料，从国内汽车覆盖件模具加工状况看，由于在机械加工中加工精度不能得到保障，导致模具整体合模不好，为满足冲压模具的加工精度，提高加工效率，覆盖件模具精加工多采用镶块式淬硬钢模件拼接后整体铣削加工而成，拼接模具的模件间存在较大硬度差，镶块间硬度差HRC5-HRC10，镶块与模体间硬度差高达HRC15，刀具刃口部位承受着频繁的交变切削载荷，使得刀片出现过度磨损或者非正常破损，严重时还会引发刀体整体断裂，进而降低了模具的型面精度。
发明内容
本发明目的是为了解决在汽车覆盖件加工过程中，需要利用拼接模具对多个模件进行拼接，由于刀具刃口部位承受着频繁的交变切削载荷，使得刀片出现过度磨损或破损，严重时还会引发刀体整体断裂，进而降低了模具的型面精度的问题，进而提供一种减振夹具及拼接模具铣削用智能减振系统。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明包括一种减振夹具，它包括上层架体、下层架体和多个减振垫块，所述上层架体和下层架体之间水平并列设置，所述上层架体设置在下层架体的正上方，上层架体通过多个减振垫块与下层架体相连接，上层架体包括外支撑框、中间支撑框、内支撑板、多个第一柔性铰链和多个第二柔性铰链,外支撑框的内部设置有中间支撑框，外支撑框通过多个第一柔性铰链与中间支撑框相连接，中间支撑框的内部设置有内支撑板，中间支撑框通过多个第二柔性铰链与内支撑板相连接，内支撑板上加工有多个拼接件用夹持孔。
本发明包括一种减振夹具，优选地，第一柔性铰链和第二柔性铰链的结构相同，第一柔性铰链包括长方形本体，长方形本体的两侧各加工有一个弧形缺口。
本发明包括一种减振夹具，优选地，上层架体和下层架体均为矩形架体，上层架体的每个端角处设置有一个减振垫块，上层架体通过四个减振垫块与下层架体可拆卸链接。
本发明包括一种减振夹具，优选地，它包括减振夹具、测力仪、实验台、超声波发生器、加速度传感器、球头铣刀、调节器、数据采集箱、放大器和计算机；
所述减振夹具包括上层架体、下层架体和多个减振垫块，所述上层架体和下层架体之间水平并列设置，所述上层架体设置在下层架体的正上方，上层架体通过多个减振垫块与下层架体相连接，上层架体包括外支撑框、中间支撑框、内支撑板、多个第一柔性铰链和多个第二柔性铰链，外支撑框的内部设置有中间支撑框，外支撑框通过多个第一柔性铰链与中间支撑框相连接，中间支撑框的内部设置有内支撑板，中间支撑框通过多个第二柔性铰链与内支撑板相连接，内支撑板上加工有多个拼接件用夹持孔；
所述实验台上设置有测力仪，测力仪上设置有减振夹具，测力仪通过放大器与数据采集箱相连接，上层架体上设置有调节器，内支撑板上设置有加速度传感器，所述加速度传感器靠近多个拼接件用夹持口设置，实验台上设置有球头铣刀，球头铣刀处于内支撑板的正上方且其刀刃朝向多个拼接件用夹持口设置，调节器通过超声波发生器与计算机相连接，所述加速度传感器通过数据采集箱与计算机相连接。
本发明与现有技术相比的有益效果：
1、本发明中的减振夹具结构设置合理且操作方便，自身具有弹性能够实现微调节，
2、本发明中的智能减振系统能够根据切削过程加工信号，通过减振夹具、测力仪、超声波发生器、加速度传感器、数据采集箱、放大器和计算机之间相互配合有效实现连续的切削拼接模件的效果，计算机根据采集的切削信号，调整超声波发生器，控制减振夹具的振动幅值，达到减振效果。同时本发明还通过计算机实现智能调节减振夹具的振动幅值，从而有效控制切削过程振动情况，有效提高了型面精度和刀具寿命。
附图说明
图1为本发明中减振夹具1的立体结构示意图，图中两个水平箭头分别表示X轴和Y轴的设置方向，竖直箭头表示Z轴设置方向；
图2为本发明中减振夹具1的俯视结构示意图；
图3为第一柔性铰链1-7的立体结构示意图；
图4为减振夹具1、测力仪2和实验台3之间连接关系的主视结构示意图；
图5为本发明中拼接模具铣削用智能减振系统中各个构件之间的连接关系示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式包括上层架体1-1、下层架体1-2和多个减振垫块1-3，所述上层架体1-1和下层架体1-2之间水平并列设置，所述上层架体1-1设置在下层架体1-2的正上方，上层架体1-1通过多个减振垫块1-3与下层架体1-2相连接，上层架体1-1包括外支撑框1-4、中间支撑框1-5、内支撑板1-6、多个第一柔性铰链1-7和多个第二柔性铰链1-8,外支撑框1-4的内部设置有中间支撑框1-5，外支撑框1-4通过多个第一柔性铰链1-7与中间支撑框1-5相连接，中间支撑框1-5的内部设置有内支撑板1-6，中间支撑框1-5通过多个第二柔性铰链1-8与内支撑板1-6相连接，内支撑板1-6上加工有多个拼接件用夹持孔1-9。
本实施方式中支撑框1-4、中间支撑框1-5和内支撑板1-6水平并列设置，三者处于同一水平面上，第一柔性铰链1-7和第二柔性铰链1-8为现有柔性铰链。
本实施方式中能够具有三个方向的减振效果，分别为水平方向上的X轴方向和Y轴方向以及竖直Z轴方向。
具体实施方式二：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式中第一柔性铰链1-7和第二柔性铰链1-8的结构相同，第一柔性铰链1-7包括长方形本体，长方形本体的两侧各加工有一个弧形缺口1-10。
本实施方式中第一柔性铰链1-7为65Mn弹性钢制成，其材料特性为：弹性模量为2.06e5MPa，泊松比为0.3，屈服强度为1000MPa，抗拉强度为1200MPa，需调质至HB220-240。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式中上层架体1-1和下层架体1-2均为矩形架体，上层架体1-1的每个端角处设置有一个减振垫块1-3，上层架体1-1通过四个减振垫块1-3与下层架体1-2可拆卸链接。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式包括减振夹具1、测力仪2、实验台3、超声波发生器4、加速度传感器5、球头铣刀6、调节器7、数据采集箱8、放大器9和计算机10；
所述减振夹具1包括上层架体1-1、下层架体1-2和多个减振垫块1-3，所述上层架体1-1和下层架体1-2之间水平并列设置，所述上层架体1-1设置在下层架体1-2的正上方，上层架体1-1通过多个减振垫块1-3与下层架体1-2相连接，上层架体1-1包括外支撑框1-4、中间支撑框1-5、内支撑板1-6、多个第一柔性铰链1-7和多个第二柔性铰链1-8,外支撑框1-4的内部设置有中间支撑框1-5，外支撑框1-4通过多个第一柔性铰链1-7与中间支撑框1-5相连接，中间支撑框1-5的内部设置有内支撑板1-6，中间支撑框1-5通过多个第二柔性铰链1-8与内支撑板1-6相连接，内支撑板1-6上加工有多个拼接件用夹持孔1-9；
所述实验台3上设置有测力仪2，测力仪2上设置有减振夹具1，测力仪2通过放大器9与数据采集箱8相连接，上层架体1-1设置有调节器7，内支撑板1-6上设置有加速度传感器5，所述加速度传感器5靠近多个拼接件用夹持口1-9设置，实验台3上设置有球头铣刀6，球头铣刀6处于内支撑板1-6的正上方且其朝向多个拼接件用夹持口1-9设置，调节器7通过超声波发生器4与计算机10相连接，所述加速度传感器5通过数据采集箱8与计算机10相连接。
本实施方式中减振夹具1中的上层架体1-1用于拼接件11的装卡，上层架体1-1通过多个拼接件用夹持孔1-9与拼接件11可拆卸连接，加速度传感器5设置在拼接件11上，下层架体1-2可拆卸连接在测力仪2上实现定位效果，上层架体1-1通过多个减振垫块1-3与下层架体1-2，每个减振垫块1-3上对应设置有一个螺栓，上层架体1-1的端角处通过螺栓穿过减振垫块1-3与下层架体1-2可拆卸连接。减振垫块1-3的设置能够有效减小铣削过程中轴向振动；
本实施方式中拼接件11的正上方设置有球头铣刀6，用于切削拼接件11。
本实施方式中数据采集箱8为现有产品，其内部设置有NI数据采集卡，用来收集切削过程中切削力和切削振动信号；
本实施方式中超声波发生器4为现有产品，其超声振动频率为20KHz。
本实施方式中计算机10通过现有程序控制形成Labview控制平台，根据采集的切削信号，调整超声波发生器4，控制减振夹具1的振动幅值，达到减振效果。
本实施方式中的加速度传感器5为三向加速度传感器。
本实施方式中的计算机10由数据采集模块、数据分析、数据库管理和控制管理四部分组成，通过计算机10能够控制超声波发生器4的输入功率，进而改变超声振动幅值。
本实施方式的中间支撑框1-5、内支撑板1-6、多个第一柔性铰链1-7和多个第二柔性铰链1-8之间相互配合形成在X，Y方向振动的减振平台，外支撑框1-4的作用是用于与下层架体1-2相连接以及起到支撑减振平台的效果。
本实施方式中的超声波发生器4和调节器7均通过螺栓固定安装在减振夹具1上。
本实施方式中多个第一柔性铰链1-7、多个第二柔性铰链1-8、超声波发生器4和调节器7均匀布置在减振夹具1的周围以保证减振平台运动的同一性。
本实施方式中测力仪2为三向压电式测力仪，其型号为Kistler9257B；放大器9为电荷放大器，其型号为Kistler5070A；
本实施方式中数据采集箱8为现有动态信号采集系统，其型号为DH-5922；
本实施方式中加速度传感器5为PCB传感器，灵敏度为10.42mV/g。
具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式调节器7包括X轴变幅杆7-1和Y轴变幅杆7-2，所述X轴变幅杆7-1沿减振夹具1的长度方向依次穿过外支撑框1-4和中间支撑框1-5顶紧在内支撑板1-6的外壁上，所述Y轴变幅杆7-2沿减振夹具1的宽度方向依次穿过外支撑框1-4和中间支撑框1-5顶紧在内支撑板1-6的外壁上。
本实施方式中X轴变幅杆7-1处于减振夹具1外的一端为换能器设置端，通过预紧力螺栓将带有铜电极和压电陶瓷片套管拧紧在X轴变幅杆7-1处于减振夹具1外的一端处。同理，Y轴变幅杆7-2处于减振夹具1外的一端为换能器设置端，通过预紧力螺栓将带有铜电极和压电陶瓷片套管拧紧在Y轴变幅杆7-2处于减振夹具1外的一端处。
本实施方式中X轴变幅杆7-1和Y轴变幅杆7-2分别在X方向或Y方向上的最大位移为50um，其一阶固有频率为200Hz，且在X，Y方向上的振动相互独立。
本发明在切削过程中需要根据X，Y方向最大位移来确定柔性铰链的弯曲强度，进而不同的几何形状的柔性铰链，柔性铰链柔性铰链的弯曲强度Kj计算公式如下：
工作过程：
本发明在型面铣削过程分为五部分，铣削硬度为HRC30工具钢为第一部分，过硬度为HRC30,HRC45拼接缝为第二部分，铣削硬度为HRC45工件钢为第三部分，过硬度为HRC45,HRC60拼接缝为第四部分，铣削硬度为HRC60工具钢为第五部分。
由于存在工件材料硬度差，冲击力及刀-工接触关系的不同，使得型面铣削即使在相同的切削参数，过程中的切削力和切削振动也不相同。在铣削第一部分工件时，刀-工接触区域随着铣削时间而逐渐增大，测力仪2及加速度传感器5采集的切削力及切削振动信号随之增大，为减小切削振动对型面精度及刀具磨损的影响，根据型面精度要求在计算机10中的Labview数据分析模块中设定测试信号特征值的阈值，超过设定的阈值，通过Labview数据控制模块实时调节超声波发生器4的输入功率，从而改变中间支撑框1-5、内支撑板1-6、多个第一柔性铰链1-7和多个第二柔性铰链1-8组成的减振平台的振动幅值，有效降低铣削过程切削振动，进而减小刀具磨损，提高型面精度和刀具寿命；
在铣削第二部分时，由于拼接缝隙的存在刀-工接触关系是先减小后增大，工件材料的硬度是逐渐增大，且存在着瞬时冲击力，测力仪2及加速度传感器5采集的切削力及切削振动信号是动态变化过程，根据型面精度要求在计算机10中的Labview数据分析模块中设定测试信号特征值的阈值上下线，若特征值不在阈值区域内，通过计算机10中的Labview数据分析模块中实时调节超声波发生器4的输入功率，从而改变减振平台的振动幅值，有效控制铣削过程振动；
在铣削第三部分时，刀-工接触面积先增大后减小，且刀-工接触关系在工件最高点前后发生了改变，测力仪2及加速度传感器5采集的切削力及切削振动信号是动态变化过程，根据型面精度要求在计算机10中的Labview数据分析模块中设定测试信号特征值的阈值上下线，若特征值在不在阈值区域内，通过计算机10中的Labview数据分析模块实时调节超声波发生器4的输入功率，从而改变中间支撑框1-5、内支撑板1-6、多个第一柔性铰链1-7和多个第二柔性铰链1-8组成的减振平台的振动幅值的振动幅值，有效控制铣削过程振动；
在铣削第四部分时，存在着瞬时冲击力，刀-工接触面积逐渐减小，工件材料硬度逐渐增大，测力仪2及加速度传感器5采集的切削力及切削振动信号是动态变化过程，根据型面精度要求在Labview数据分析模块中设定测试信号特征值的阈值上下线，若特征值在不在阈值区域内，通过Labview数据控制模块实时调节超声波发生器的输入功率，从而改变减振平台的振动幅值，有效控制铣削过程振动；
在铣削第五部分时，刀-工接触面积逐渐减小，三向测力仪及加速度传感器采集的切削力及切削振动信号逐渐减小，根据型面精度要求在Labview数据分析模块中设定测试信号特征值的阈值，在Labview数据控制模块实时调节超声波发生器4的输入功率，从而改变减振平台的振动幅值，有效降低铣削过程切削振动。在有效控制加工过程切削振动的同时可以在Labview数据库管理模块存储切削过程不同切削参数下的实时特征量，进而形成数据库，指导实际切削加工。

Claims (5)

1.一种减振夹具，其特征在于：它包括上层架体(1-1)、下层架体(1-2)和多个减振垫块(1-3)，所述上层架体(1-1)和下层架体(1-2)之间水平并列设置，所述上层架体(1-1)设置在下层架体(1-2)的正上方，上层架体(1-1)通过多个减振垫块(1-3)与下层架体(1-2)相连接，上层架体(1-1)包括外支撑框(1-4)、中间支撑框(1-5)、内支撑板(1-6)、多个第一柔性铰链(1-7)和多个第二柔性铰链(1-8),外支撑框(1-4)的内部设置有中间支撑框(1-5)，外支撑框(1-4)通过多个第一柔性铰链(1-7)与中间支撑框(1-5)相连接，中间支撑框(1-5)的内部设置有内支撑板(1-6)，中间支撑框(1-5)通过多个第二柔性铰链(1-8)与内支撑板(1-6)相连接，内支撑板(1-6)上加工有多个拼接件用夹持孔(1-9)。
2.根据权利要求1所述的一种减振夹具，其特征在于：第一柔性铰链(1-7)和第二柔性铰链(1-8)的结构相同，第一柔性铰链(1-7)包括长方形本体，长方形本体的两侧各加工有一个弧形缺口(1-10)。
3.根据权利要求1或2所述的一种减振夹具，其特征在于：上层架体(1-1)和下层架体(1-2)均为矩形架体，上层架体(1-1)的每个端角处设置有一个减振垫块(1-3)，上层架体(1-1)通过四个减振垫块(1-3)与下层架体(1-2)可拆卸链接。
4.一种利用权利要求3组成的一种拼接模具铣削用智能减振系统，其特征在于：它包括减振夹具(1)、测力仪(2)、实验台(3)、超声波发生器(4)、加速度传感器(5)、球头铣刀(6)、调节器(7)、数据采集箱(8)、放大器(9)和计算机(10)；
所述减振夹具(1)包括上层架体(1-1)、下层架体(1-2)和多个减振垫块(1-3)，所述上层架体(1-1)和下层架体(1-2)之间水平并列设置，所述上层架体(1-1)设置在下层架体(1-2)的正上方，上层架体(1-1)通过多个减振垫块(1-3)与下层架体(1-2)相连接，上层架体(1-1)包括外支撑框(1-4)、中间支撑框(1-5)、内支撑板(1-6)、多个第一柔性铰链(1-7)和多个第二柔性铰链(1-8),外支撑框(1-4)的内部设置有中间支撑框(1-5)，外支撑框(1-4)通过多个第一柔性铰链(1-7)与中间支撑框(1-5)相连接，中间支撑框(1-5)的内部设置有内支撑板(1-6)，中间支撑框(1-5)通过多个第二柔性铰链(1-8)与内支撑板(1-6)相连接，内支撑板(1-6)上加工有多个拼接件用夹持孔(1-9)；
所述实验台(3)上设置有测力仪(2)，测力仪(2)上设置有减振夹具(1)，测力仪(2)通过放大器(9)与数据采集箱(8)相连接，上层架体(1-1)上设置有调节器(7)，内支撑板(1-6)上设置有加速度传感器(5)，所述加速度传感器(5)靠近多个拼接件用夹持口(1-9)设置，实验台(3)上设置有球头铣刀(6)，球头铣刀(6)处于内支撑板(1-6)的正上方且其刀刃朝向多个拼接件用夹持口(1-9)设置，调节器(7)通过超声波发生器(4)与计算机(10)相连接，所述加速度传感器(5)通过数据采集箱(8)与计算机(10)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种拼接模具铣削用智能减振系统，其特征在于：调节器(7)包括X轴变幅杆(7-1)和Y轴变幅杆(7-2)，所述X轴变幅杆(7-1)沿减振夹具(1)的长度方向依次穿过外支撑框(1-4)和中间支撑框(1-5)顶紧在内支撑板(1-6)的外壁上，所述Y轴变幅杆(7-2)沿减振夹具(1)的宽度方向依次穿过外支撑框(1-4)和中间支撑框(1-5)顶紧在内支撑板(1-6)的外壁上。
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