CN107486749B - 一种用于环形薄壁零件加工的减振装置 - Google Patents

Abstract

一种用于环形薄壁零件加工的减振装置，包括底座、压板、轴向限位组件、阻尼吸波件、气体阻尼器和智能调压系统；轴向限位组件由支柱和上盖板组成，支柱安装在底座上；气体阻尼器由气囊和胀型块组成，气囊为环形气囊，套装在支柱上，胀型块的数量至少为两个，各胀型块环绕气囊放置在底座上并与气囊连接；阻尼吸波件的数量与胀型块的数量相同，各阻尼吸波件分别粘贴在相应胀型块的外侧面；上盖板放置在被加工环形薄壁零件上端，并与支柱连接；智能调压系统用于调整气囊中气体的压力。气体阻尼器、阻尼吸波件和轴向限位组件的组合，大大削弱了加工振动，限制了被加工环形薄壁零件X、Y、Z方向的变形，提高了零件的刚度和动态稳定性。

Description

一种用于环形薄壁零件加工的减振装置

技术领域

本发明属于薄壁零件加工工装，特别涉及一种环形薄壁零件在加工过程中使用的减振装置。

背景技术

环形薄壁零件刚性差，缺乏抵抗切削力的静态强度和动态稳定性，零件由此变得动态不稳定并产生振颤，而振颤是影响环形薄壁零件加工质量和生产效率的关键问题。因此，加工环形薄壁零件必须使用工装。

现有技术中，加工环形薄壁零件通常使用的工装为刚性支撑工装，如图9、图10所示，主要由底座和刚性内支撑块构成，刚性内支撑块的数量至少为三个，各刚性内支撑块环绕底座中心相隔等间距安装在底座上，使用时，各刚性内支撑块的外侧弧面与被加工环形薄壁零件的内壁接触。此种结构的刚性支撑工装虽然能向被加工环形薄壁零件提供径向支撑力，但所提供的径向支撑力不能均匀覆盖零件的表面，且减振效果差，因而加工过程中被加工环形薄壁零件的刚度和动态稳定性差，难于保证加工质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于环形薄壁零件加工的减振装置，此种减振装置不仅能提高加工过程中被加工环形薄壁零件的刚度和动态稳定性，保证加工质量，而且便于加工制作，易于操控，使用方便。

对加工过程中环形薄壁零件和刀具加工系统的振动特性检测表明，加工频率主要集中在0～1000Hz区间，在这个区间中，环形薄壁零件固有频率接近刀具加工系统固有频率时，零件刚度弱于刀具系统，动态不稳定产生了加工震颤，因此解决环形薄壁零件加工振动的减振装置需满足的条件是：1.提供足够的径向支撑力，提高零件加工工艺系统的刚性，改变这个范围的模态和动态稳定性，提高零件抵抗拉伸、弯曲和剪切应力的能力；2.具有超强振动能吸收能力的构件。

根据上述要求并兼顾加工制作，本发明提供了如下结构的用于环形薄壁零件加工的减振装置。

本发明所述用于环形薄壁零件加工的减振装置，包括底座、安装在底座上用于固定被加工环形薄壁零件下部的至少三个压板、轴向限位组件、阻尼吸波件、气体阻尼器和智能调压系统；所述轴向限位组件由支柱和上盖板组成，支柱为圆筒结构，下端设置有与底座连接的法兰，支柱通过法兰安装在底座上，安装时其中心线与底座的中心线重合；所述气体阻尼器由气囊和胀型块组成，气囊为环形气囊，套装在支柱上，其数量至少为一个，气囊的总高度应满足对环形薄壁零件的整个内壁施加气体压力，胀型块的数量至少为两个，各胀型块以环绕气囊的方式放置在底座上，并与气囊连接，胀型块的形状和尺寸应满足按上述方式放置在底座上形成的外形轮廓与被加工环形薄壁零件内腔形状相似并小于被加工环形薄壁零件的内腔尺寸；所述阻尼吸波件的数量与胀型块的数量相同，各阻尼吸波件分别粘贴在相应胀型块的外侧面，阻尼吸波件的形状和尺寸应满足粘贴上阻尼吸波件的各胀型块按上述方式放置在底座上形成的外形轮廓与被加工环形薄壁零件内腔形状和径向尺寸相同；所述上盖板设置有中心孔，当安装上被加工环形薄壁零件后放置在被加工环形薄壁零件上端，并与支柱连接；所述智能调压系统用于监测环形薄壁零件加工过程中的振动情况和气囊内气体的实际压力，并根据加工过程中环形薄壁零件的振动情况所要求气囊应具有的气体压力与气囊内气体的实际压力的比较结果调整气囊中气体的压力。

上述减振装置中，阻尼吸波件由阻尼凝胶材料、橡胶或聚亚胺酯制作，阻尼吸波件的厚度至少为10mm。所述阻尼凝胶材料为申请号201610318230.1的中国专利申请公开的凝胶涂层材料，其组分及各组分的质量百分数如下：分子量为5000～20000的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物10％～28％，分子量为1000～5000的聚氯乙烯0.1％～3％，乙基纤维素2％～20％，碳数为12的烷烃40％～60％，蓖麻油2％～12％，石蜡1％～5％，苯并三唑0.1％～0.5％，ZnO粉末0.5％～2％，钛白粉2％～4％；其制备方法见申请号201610318230.1的中国专利申请。

将橡胶、聚亚胺脂和阻尼凝胶材料在GH4169材料试片上使用锤击法进行阻尼效果测试，测试结果见表1。

表1橡胶、聚亚胺酯、阻尼凝胶材料的阻尼效果

从表1可以看出，阻尼凝胶材料的阻尼比最高，因而振动能吸收效果最好。加之阻尼凝胶材料可在常温下喷涂成型，因此，将阻尼凝胶材料喷涂在被加工环形薄壁零件内壁成型后再进行切割即可获得所需的阻尼吸波件。这种不用模具和不需机加工的成型方式不仅可降低制作成本，而且可缩短制作周期。鉴于上述原因，本发明优选用阻尼凝胶材料制作阻尼吸波件。

上述减振装置中，智能调压系统包括气缸、抽气泵、供气管、抽气管、气压调节阀、气压表、振动信号发射器、气压调整信号发射器、计算机、振动信号接收器和振动信号采集器；气压表安装在连接气囊与气压调节阀的管路上，用于监测气囊内气体的实际压力并将气囊内气体的压力信号转换成电信号传送给计算机；振动信号采集器安装在胀型块上，用于监测环形薄壁零件加工过程中的振动情况，并将采集到的振动信号转换成电信号传送给振动信号发射器；振动信号接收器的输入端与振动信号发射器连接、输出端与计算机连接，将来自振动信号发射器的振动电信号传送给计算机；计算机将接收到的振动电信号进行处理，得到气囊所应具有的气体压力，并根据气囊所应具有的气体压力与气囊内气体的实际压力的比较结果确定是否应调整气囊内的气体压力，若需调整气囊内的气体压力，则向气压调整信号发射器发出指令；气压调整信号发射器的输入端与计算机连接，气压调整信号发射器的输出端分别与气压调节阀、抽气泵连接，根据所接收的计算机指令控制气压调节阀、抽气泵所处的状态，将气缸储存的气体输入气囊使气囊内的压力增大至应具有的气体压力，或将气囊内的气体抽出送入气缸，使气囊内的压力减小至应具有的气体压力。

上述减振装置中，气囊的本体用橡胶或织物制作，所充气体为空气、氮气、二氧化碳、氦气中的一种，根据环形薄壁零件加工过程中的振动情况，气囊中气体的压力控制在0.5Bar～4Bar。

上述减振装置中，胀型块用尼龙或塑料制作，从降低成本的角度考虑，优选用尼龙制作。

本发明所述用于环形薄壁零件加工的减振装置，原理如下：

环形薄壁零件加工过程中，刀具切削力产生的扭矩使被加工环形薄壁零件产生扭曲、弯曲、剪切等变形，导致被加工环形薄壁零件变得动态不稳定。扭矩可分解为沿零件径向的切削力Fy、轴向的切削力F_Z、切向的切削力F_X，如图5、图6所示。本发明所述减振装置中，气体阻尼器是提供径向支撑力的主要构件，其提供的径向支撑力为F1，阻尼吸波件是具有超强振动能吸收能力的构件，主要用于吸收振动能力，也提供一定的径向支撑力F2，轴向限位组件为被加工环形薄壁零件提供轴向压力F3，并为被加工环形薄壁零件内部结构提供保护；加工环形薄壁零件时产生小部分轴向振动能量W4和大部分径向振动能量W1，径向振动能量W1会被阻尼吸波件大量吸收衰减为W2，传递到气体阻尼器上，经气体阻尼器阻尼作用振动能能量衰减为W3后传递到轴向限位组件上，振动能量在传递过程中通过阻尼吸波件和气体阻尼器可衰减85％～92％，因而气体阻尼器、阻尼吸波件和轴向限位组件的组合，大大削弱了加工振动，限制了被加工环形薄壁零件X、Y、Z方向的变形，提高了零件的刚度和动态稳定性，其原理如图7和图8所示。

本发明所述用于环形薄壁零件加工的减振装置具有以下有益效果：

1、本发明为环形薄壁零件的加工提供了一种新型的减振装置，由于该装置所设置的阻尼吸波件和气体阻尼器能为被加工环形薄壁零件提供均匀覆盖其表面的径向支撑力，且径向振动能量经阻尼吸波件和气体阻尼器可衰减85％～92％，所设置的轴向限位组件能为被加工环形薄壁零件提供轴向压力，因而使用该减振装置加工环形薄壁零件，大大削弱了加工振动，限制了被加工环形薄壁零件X、Y、Z方向的变形，提高了零件的刚度和动态稳定性，保证了加工质量。

2、本发明对制作阻尼吸波件的材料进行了优选，优选出的阻尼凝胶材料不仅振动能吸收效果优异，而且可在常温下喷涂成型，因此，加工不同结构和形状的环形薄壁零件时，只需将阻尼凝胶材料喷涂在被加工环形薄壁零件内壁成型后再进行切割即可获得所需的阻尼吸波件，这种成型方式不仅可降低制作成本，缩短制作周期，而且降低了阻尼吸波件的制作难度。

3、本发明所述减振装置的智能调压系统，可实现环形薄壁零件加工过程中的振动情况监测和气囊内气体的实际压力监测，并可根据加工过程中的振动情况要求气囊应具有的气体压力与气囊内气体的实际压力的比较结果调整气囊中气体的压力，因而可使气囊中的气体压力始终处于减振的最佳状态。

4、本发明所述减振装置，对被加工环形薄壁零件采用内部径向支撑，上端面施加轴向压力并限位及下端面压紧的方式，因而通过调整阻尼吸波件的厚度和形状，可适用于不同尺寸的圆形或圆锥形结构的环形薄壁零件的加工。

5、本发明所述减振装置中各组件和构件的结构，便于安装和拆卸，不仅使用方便，而且可提高组合功效。

附图说明

图1是本发明所述用于环形薄壁零件加工的减振装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明所述用于环形薄壁零件加工的减振装置中智能调压系统的结构示意图及智能调压系统与减振装置中相关构件的一种组合方式示意图；

图4是本发明所述用于环形薄壁零件加工的减振装置中气体阻尼器的一种爆炸图；

图5和图6是环形薄壁零件加工过程中所受刀具切削力的示意图；

图7和图8是环形薄壁零件加工过程中本发明所述减振装置的减振原理示意图；

图9是现有技术中用于环形薄壁零件加工的刚性支撑工装的结构示意图；

图10是图9的俯视图；

图11是实施例1中所使用的减振装置与被加工环形薄壁零件的组合方式示意图；

图12是实施例1中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的时域波形示意图；

图13是实施例1中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的功率谱图示意图；

图14是使用现有技术中的刚性支撑工装和使用本发明所述减振装置加工实施例1所述环形薄壁零件的振动幅值对比图；

图15是实施例2中被加工环形薄壁零件的示意图；

图16是实施例2中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的时域波形示意图；

图17是实施例2中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的功率谱图示意图；

图18是使用现有技术中的刚性支撑工装和使用本发明所述减振装置加工实施例2所述环形薄壁零件的振动幅值对比图；

图19是实施例3中被加工环形薄壁零件的示意图；

图20是实施例3中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的时域波形示意图；

图21是实施例3中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的功率谱图示意图；

图22是使用现有技术中的刚性支撑工装和使用本发明所述减振装置加工实施例3所述环形薄壁零件的振动幅值对比图；

图23是实施例4中被加工环形薄壁零件的示意图；

图24是实施例4中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的时域波形示意图；

图25是实施例4中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的功率谱图示意图；

图26是使用现有技术中的刚性支撑工装和使用本发明所述减振装置加工实施例4所述环形薄壁零件的振动幅值对比图；

图27是实施例5中被加工环形薄壁零件的示意图；

图28是实施例5中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的时域波形示意图；

图29是实施例5中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的功率谱图示意图；

图30是使用现有技术中的刚性支撑工装和使用本发明所述减振装置加工实施例5所述环形薄壁零件的振动幅值对比图；

图31是实施例6中被加工环形薄壁零件的示意图；

图32是实施例6中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的时域波形示意图；

图33是实施例6中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的功率谱图示意图；

图34是使用现有技术中的刚性支撑工装和使用本发明所述减振装置加工实施例6所述环形薄壁零件的振动幅值对比图；

图35是实施例7中被加工环形薄壁零件的示意图；

图36是实施例7中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的时域波形示意图；

图37是实施例7中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的功率谱图示意图；

图38是使用现有技术中的刚性支撑工装和使用本发明所述减振装置加工实施例7所述环形薄壁零件的振动幅值对比图；

图39是实施例8中被加工环形薄壁零件的示意图；

图40是实施例8中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的时域波形示意图；

图41是实施例8中使用本发明所述减振装置加工环形薄壁零件过程中的功率谱图示意图；

图42是使用现有技术中的刚性支撑工装和使用本发明所述减振装置加工实施例8所述环形薄壁零件的振动幅值对比图。

图中，1—上盖板，2—阻尼吸波件，3—胀型块，3-1—第一胀型块，3-2—第二胀型块，3-3—第三胀型块，3-4—第四胀型块，3-5—第五胀型块，3-6—第六胀型块，4—气囊，5—支柱，6—压板，7—底座，8—智能调压系统，8-1—气缸，8-2—抽气泵，8-3—供气管，8-4—抽气管，8-5—气压调节阀，8-6—气压表，8-7—振动信号发射器，8-8—气压调整信号发射器，8-9—计算机，8-10—振动信号接收器，8-11—振动信号采集器，9—被加工环形薄壁零件，10-1—第一刚性内支撑块，10-2—第二刚性内支撑块，10-3—第三刚性内支撑块，10-4—第四刚性内支撑块，Fx—扭矩分解的X方向切削力，Fy—扭矩分解的Y方向切削力，Fz—扭矩分解的Z方向切削力，F1-气体阻尼器提供的径向支撑力，F2-阻尼吸波件提供的径向支撑力，F3-轴向限位组件提供的轴向压紧力，W1-刀具切削产生的径向振动能量，W2—经阻尼吸波件吸收后的振动能量，W3-经气体阻尼器吸收后剩余的振动能量，W4-刀具切削产生的轴向振动能量。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明所述用于环形薄壁零件加工的减振装置作进一步说明。

下述各实施例中的阻尼吸波件均采用阻尼凝胶材料制作，所述阻尼凝胶材料的组分及各组分的质量百分数为：分子量为5000的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物10％，分子量为1000的聚氯乙烯3％，乙基纤维素20％，石蜡3％，碳数为12的烷烃50％，蓖麻油10％，苯并三唑0.5％，ZnO粉末1％，钛白粉2.5％。

实施例1

本实施例中的减振装置用于加工某型发动机燃烧室机匣，所述燃烧室机匣的材料为高温镍基合金，壁厚3mm～6mm，高度590mm，直径为环形薄壁零件，如图11所示。

本实施例中的减振装置如图1、图2、图3、图4所示，包括底座7、安装在底座上用于固定被加工环形薄壁零件下部的十二个压板6、轴向限位组件、阻尼吸波件2、气体阻尼器和智能调压系统8。

所述轴向限位组件由支柱5和上盖板1组成，支柱5为圆筒结构，下端设置有与底座连接的法兰，支柱通过法兰安装在底座上，用螺钉固定，安装时其中心线与底座的中心线重合。

所述气体阻尼器由气囊4和胀型块3组成，气囊4为四个橡胶环形气囊，从下至上依次套装在支柱5上，气囊所充气体为空气，胀型块3为六个尼龙胀型块，其形状和尺寸根据被加工环形薄壁零件设计，各胀型块以环绕气囊4的方式放置在底座上，并与各气囊铆接。

所述阻尼吸波件2的数量与胀型块3的数量相同，厚度为10mm，制作方法是：在常温下使用喷枪将阻尼凝胶材料喷涂在被加工环形薄壁零件的内表面自然干燥成型，加工第一个环形薄壁零件时，直接将内表面覆盖有阻尼凝胶材料层的零件与胀型块按图11所示的方式组合，第一个环形薄壁零件加工完毕后，将其内表面覆盖的阻尼凝胶材料层切割成与胀型块匹配的六个阻尼吸波件，并分别粘贴在六个胀型块上。

所述上盖板1设置有中心孔，当安装上被加工环形薄壁零件后放置在被加工环形薄壁零件上端，并与支柱5螺纹连接。

所述智能调压系统8包括气缸8-1、抽气泵8-2、供气管8-3、抽气管8-4、气压调节阀8-5、气压表8-6、振动信号发射器8-7、气压调整信号发射器8-8、计算机8-9、振动信号接收器8-10和振动信号采集器8-11，抽气泵、气压调节阀、气压表、振动信号发射器、气压调整信号发射器、计算机、振动信号接收器和振动信号采集器均通过市场购买，气压调节阀的型号为AIRTAC 4v210-08，振动信号发射器的型号为UTEKL，振动信号接收器的型号为UTEKL，振动信号采集器的型号为UT3404FRS-DY，气压调整信号发射器的型号为UTEKL；气压表8-6安装在连接气囊4与气压调节阀8-5的管路上，用于监测气囊4内气体的实际压力并将气囊4内气体的压力信号转换成电信号传送给计算机8-9；振动信号采集器8-11安装在胀型块3上，用于监测环形薄壁零件加工过程中的振动情况，并将采集到的振动信号转换成电信号传送给振动信号发射器8-7；振动信号接收器8-10的输入端与振动信号发射器8-7连接、输出端与计算机8-9连接，将来自振动信号发射器8-7的振动电信号传送给计算机8-9；计算机8-9将接收到的振动电信号进行处理，得到气囊所应具有的气体压力，并根据气囊所应具有的气体压力与气囊内气体的实际压力的比较结果确定是否应调整气囊内的气体压力，若需调整气囊内的气体压力，则向气压调整信号发射器8-8发出指令；气压调整信号发射器8-8的输入端与计算机连接，气压调整信号发射器8-8的输出端分别与气压调节阀8-5、抽气泵8-2连接，根据所接收的计算机指令控制气压调节阀8-5、抽气泵8-2所处的状态，将气缸8-1储存的气体输入气囊使气囊内的压力增大至应具有的气体压力，或将气囊内的气体抽出送入气缸8-1，使气囊内的压力减小至应具有的气体压力。

本实施例采用数控铣床进行加工，当被加工环形薄壁零件与减振装置的组合体在数控铣床上安装好后，对气囊进行充气，充入气体后，气囊膨胀推动胀型块压缩阻尼吸波件为环形薄壁零件内壁提供径向支撑力，充入1bar气体即可就开始加工，在加工过程中，智能调压系统8会自动调整气囊中气体的压力。

使用本实施例所述减振装置，加工过程中的时域波形如图12所示，功率谱图如图13所示。

对比例1：用图9、图10所示的刚性支撑工装在数控铣床上加工实施例1中的燃烧室机匣。

实施例1和对比例1的减振效果见表2和图14。

表2振幅衰减

从表2可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，振动幅度明显减弱；从图14可以看出，本发明所述减振装置显著改变了被加工环形薄壁零件的振动特性，相对刚性支撑工装，减振幅度达到了85～92％。

实施例1和对比例1的加工参数比较见表3。

表3加工参数对比

从表3可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，加工参数均大幅度提升，随着加工参数的提升，加工效率提高了4倍以上。

实施例2

本实施例中的减振装置用于加工某型发动机高压压气机后机匣，所述高压压气机后机匣的材料为高温镍基合金，最薄壁厚2mm，高度为274mm，直径为环形薄壁零件，如图15所示。

本实施例中的减振装置，其总体结构与实施例1相同，包括安装在底座上用于固定被加工环形薄壁零件下部的十二个压板6、轴向限位组件、阻尼吸波件2、气体阻尼器和智能调压系统8。与实施例1不同之处是：(1)气囊4为两个橡胶环形气囊，气囊所充气体为氦气；(2)胀型块3为四个尼龙胀型块，其形状和尺寸根据被加工环形薄壁零件设计；(3)阻尼吸波件2的数量与胀型块3的数量为四个。

使用本实施例所述减振装置，加工过程中的时域波形如图16所示，功率谱图如图17所示。

对比例2：用图9、图10所示的刚性支撑工装在数控铣床上加工实施例2中的高压压气机后机匣。

实施例2和对比例2的减振效果见表4和图18。

表4振幅衰减

从表4可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，振动幅度明显减弱；从图18可以看出，本发明所述减振装置显著改变了被加工环形薄壁零件的振动特性，相对刚性支撑工装，减振幅度达到了83～95％。

实施例2和对比例2的加工参数比较见表5。

表5加工参数对比

从表5可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，加工参数均大幅度提升，随着加工参数的提升，加工效率提高了5倍以上。

实施例3

本实施例中的减振装置用于加工某型发动机高压压气机前机匣，所述高压压气机后机匣为对开机匣，材料为TC2，最薄壁厚1.9mm，高度为530mm，直径如图19所示。

本实施例中的减振装置，其总体结构与实施例1相同，包括安装在底座上用于固定被加工环形薄壁零件下部的十二个压板6、轴向限位组件、阻尼吸波件2、气体阻尼器和智能调压系统8。与实施例1不同之处是：(1)气囊4所充气体为氮气；(2)胀型块3形状和尺寸根据被加工环形薄壁零件设计；(3)阻尼吸波件2厚度为20mm。

使用本实施例所述减振装置，加工过程中的时域波形如图20所示，功率谱图如图21所示。

对比例3：用图9、图10所示的刚性支撑工装在数控铣床上加工实施例3中的高压压气机前机匣。

实施例3和对比例3的减振效果见表6和图22。

表6振幅衰减

从表6可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，振动幅度明显减弱；从图22可以看出，本发明所述减振装置显著改变了被加工环形薄壁零件的振动特性，相对刚性支撑工装，减振幅度达到了87～96％。

实施例3和对比例3的加工参数比较见表7。

表7加工参数对比

从表7可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，加工参数均大幅度提升，随着加工参数的提升，加工效率提高了5倍以上。

实施例4

本实施例中的减振装置用于加工某型发动机燃烧室机匣，所述燃烧室机匣的材料为高温镍基合金，壁厚2.5mm～5mm，高度为110mm，直径如图23所示。

本实施例中的减振装置，其总体结构与实施例1相同，包括安装在底座上用于固定被加工环形薄壁零件下部的十二个压板6、轴向限位组件、阻尼吸波件2、气体阻尼器和智能调压系统8。与实施例1不同之处是：(1)气囊4为一个橡胶环形气囊，气囊所充气体为二氧化碳；(2)胀型块3形状和尺寸根据被加工环形薄壁零件设计；(3)阻尼吸波件2厚度为30mm。

使用本实施例所述减振装置，加工过程中的时域波形如图24所示，功率谱图如图25所示。

对比例4：用图9、图10所示的刚性支撑工装在数控铣床上加工实施例4中的燃烧室机匣。

实施例4和对比例4的减振效果见表8和图26。

表8振幅衰减

从表8可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，振动幅度明显减弱；从图26可以看出，本发明所述减振装置显著改变了被加工环形薄壁零件的振动特性，相对刚性支撑工装，减振幅度达到了82～95％。

实施例4和对比例4的加工参数比较见表9。

表9加工参数对比

从表9可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，加工参数均大幅度提升，随着加工参数的提升，加工效率提高了4倍以上。

实施例5

本实施例中的减振装置用于加工某型发动机中压涡轮机匣，所述中压涡轮机匣的材料为高温镍基合金，最薄壁厚3mm，高度为300mm，直径如图27所示。

本实施例中的减振装置，其总体结构与实施例1相同，包括安装在底座上用于固定被加工环形薄壁零件下部的十二个压板6、轴向限位组件、阻尼吸波件2、气体阻尼器和智能调压系统8。与实施例1不同之处是：(1)气囊4为三个橡胶环形气囊，气囊所充气体为二氧化碳；(2)胀型块3的数量为三个，形状和尺寸根据被加工环形薄壁零件设计；(3)阻尼吸波件2的数量为三个，厚度为100mm。

使用本实施例所述减振装置，加工过程中的时域波形如图28所示，功率谱图如图29所示。

对比例5：用图9、图10所示的刚性支撑工装在数控铣床上加工实施例5中的中压涡轮机匣。

实施例5和对比例5的减振效果见表10和图30。

表10振幅衰减

从表10可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，振动幅度明显减弱；从图30可以看出，本发明所述减振装置显著改变了被加工环形薄壁零件的振动特性，相对刚性支撑工装，减振幅度达到了72～94％。

实施例5和对比例5的加工参数比较见表11。

表11加工参数对比

从表11可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，加工参数均大幅度提升，随着加工参数的提升，加工效率提高了6倍以上。

实施例6

本实施例中的减振装置用于加工某型发动机高中压涡轮机匣，所述高中压涡轮机匣的材料为高温镍基合金，最薄壁厚4.6mm，高度为425mm，直径如图31所示。

本实施例中的减振装置，其总体结构与实施例1相同，包括安装在底座上用于固定被加工环形薄壁零件下部的十二个压板6、轴向限位组件、阻尼吸波件2、气体阻尼器和智能调压系统8。与实施例1不同之处是：(1)气囊4气囊所充气体为氮气；(2)胀型块3形状和尺寸根据被加工环形薄壁零件设计；(3)阻尼吸波件2的厚度为60mm。

使用本实施例所述减振装置，加工过程中的时域波形如图32所示，功率谱图如图33所示。

对比例6：用图9、图10所示的刚性支撑工装在数控铣床上加工实施例6中的高中压涡轮机匣。

实施例6和对比例6的减振效果见表12和图34。

表12振幅衰减

从表12可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，振动幅度明显减弱；从图30可以看出，本发明所述减振装置显著改变了被加工环形薄壁零件的振动特性，相对刚性支撑工装，减振幅度达到了73～97％。

实施例6和对比例6的加工参数比较见表13。

表13加工参数对比

从表13可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，加工参数均大幅度提升，随着加工参数的提升，加工效率提高了6倍以上。

实施例7

本实施例中的减振装置用于加工某型发动机焊接机匣，所述焊接机匣的材料为TC4，最薄壁厚1.5mm，高度为210mm，直径如图35所示。

本实施例中的减振装置，其总体结构与实施例1相同，包括安装在底座上用于固定被加工环形薄壁零件下部的十二个压板6、轴向限位组件、阻尼吸波件2、气体阻尼器和智能调压系统8。与实施例1不同之处是：(1)气囊4为两个，气囊所充气体为氦气；(2)胀型块3形状和尺寸根据被加工环形薄壁零件设计；(3)阻尼吸波件2的厚度为13mm。

使用本实施例所述减振装置，加工过程中的时域波形如图36所示，功率谱图如图37所示。

对比例7：用图9、图10所示的刚性支撑工装在数控铣床上加工实施例7中的焊接机匣。

实施例7和对比例7的减振效果见表14和图38。

表14振幅衰减

从表14可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，振动幅度明显减弱；从图38可以看出，本发明所述减振装置显著改变了被加工环形薄壁零件的振动特性，相对刚性支撑工装，减振幅度达到了91～97％。

实施例7和对比例7的加工参数比较见表15。

表15加工参数对比

从表15可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，加工参数均大幅度提升，随着加工参数的提升，加工效率提高了5倍以上。

实施例8

本实施例中的减振装置用于加工某型发动机前整流机匣，所述前整流机匣的材料为TC11，最薄壁厚2.7mm，高度为436.5mm，直径如图39所示。

本实施例中的减振装置，其总体结构与实施例1相同，包括安装在底座上用于固定被加工环形薄壁零件下部的十二个压板6、轴向限位组件、阻尼吸波件2、气体阻尼器和智能调压系统8。与实施例1不同之处是：(1)胀型块3形状和尺寸根据被加工环形薄壁零件设计；(2)阻尼吸波件2的厚度为40mm。

使用本实施例所述减振装置，加工过程中的时域波形如图40所示，功率谱图如图41所示。

对比例8：用图9、图10所示的刚性支撑工装在数控铣床上加工实施例8中的前整流机匣。

实施例8和对比例8的减振效果见表16和图42。

表16振幅衰减

从表16可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，振动幅度明显减弱；从图38可以看出，本发明所述减振装置显著改变了被加工环形薄壁零件的振动特性，相对刚性支撑工装，减振幅度达到了91～97％。

实施例8和对比例8的加工参数比较见表17。

表17加工参数对比

从表17可以看出，本发明所述减振装置相对刚性支撑工装，加工参数均大幅度提升，随着加工参数的提升，加工效率提高了4倍以上。

Claims (10)

1.一种用于环形薄壁零件加工的减振装置，包括底座(7)、安装在底座上用于固定被加工环形薄壁零件下部的至少三个压板(6)，其特征在于还包括轴向限位组件、阻尼吸波件(2)、气体阻尼器和智能调压系统(8)；

所述轴向限位组件由支柱(5)和上盖板(1)组成，支柱(5)为圆筒结构，下端设置有与底座连接的法兰，支柱通过法兰安装在底座上，安装时其中心线与底座的中心线重合；

所述气体阻尼器由气囊(4)和胀型块(3)组成，气囊(4)为环形气囊，套装在支柱(5)上，其数量至少为一个，气囊的总高度应满足对环形薄壁零件的整个内壁施加气体压力，胀型块(3)的数量至少为两个，各胀型块以环绕气囊(4)的方式放置在底座上，并与气囊连接，胀型块的形状和尺寸应满足按上述方式放置在底座上形成的外形轮廓与被加工环形薄壁零件(9)内腔形状相似并小于被加工环形薄壁零件的内腔尺寸；

所述阻尼吸波件(2)的数量与胀型块(3)的数量相同，各阻尼吸波件(2)分别粘贴在相应胀型块的外侧面，阻尼吸波件的形状和尺寸应满足粘贴上阻尼吸波件的各胀型块按上述方式放置在底座上形成的外形轮廓与被加工环形薄壁零件内腔形状和径向尺寸相同；

所述上盖板(1)设置有中心孔，当安装上被加工环形薄壁零件后放置在被加工环形薄壁零件上端，并与支柱(5)连接；

所述智能调压系统(8)用于监测环形薄壁零件加工过程中的振动情况和气囊(4)内气体的实际压力，并根据环形薄壁零件加工过程中的振动情况所要求气囊应具有的气体压力与气囊内气体的实际压力的比较结果调整气囊中气体的压力。

2.根据权利要求1所述用于环形薄壁零件加工的减振装置，其特征在于阻尼吸波件(2)由阻尼凝胶材料、橡胶或聚亚胺酯制作，阻尼吸波件(2)的厚度至少为10mm。

3.根据权利要求2所述用于环形薄壁零件加工的减振装置，其特征在于阻尼吸波件(2)由阻尼凝胶材料制作，所述阻尼凝胶材料的组分及各组分的质量百分数如下：

分子量为5000～20000的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物10％～28％，分子量为1000～5000的聚氯乙烯0.1％～3％，乙基纤维素2％～20％，碳数为12的烷烃40％～60％，蓖麻油2％～12％，石蜡1％～5％，苯并三唑0.1％～0.5％，ZnO粉末0.5％～2％，钛白粉2％～4％。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述用于环形薄壁零件加工的减振装置，其特征在于智能调压系统(8)包括气缸(8-1)、抽气泵(8-2)、供气管(8-3)、抽气管(8-4)、气压调节阀(8-5)、气压表(8-6)、振动信号发射器(8-7)、气压调整信号发射器(8-8)、计算机(8-9)、振动信号接收器(8-10)和振动信号采集器(8-11)；

气压表(8-6)安装在连接气囊(4)与气压调节阀(8-5)的管路上，用于监测气囊(4)内气体的实际压力并将气囊(4)内气体的压力信号转换成电信号传送给计算机(8-9)；振动信号采集器(8-11)安装在胀型块(3)上，用于监测环形薄壁零件加工过程中的振动情况，并将采集到的振动信号转换成电信号传送给振动信号发射器(8-7)；振动信号接收器(8-10)的输入端与振动信号发射器(8-7)连接、输出端与计算机(8-9)连接，将来自振动信号发射器(8-7)的振动电信号传送给计算机(8-9)；计算机(8-9)将接收到的振动电信号进行处理，得到气囊所应具有的气体压力，并根据气囊所应具有的气体压力与气囊内气体的实际压力的比较结果确定是否应调整气囊内的气体压力，若需调整气囊内的气体压力，则向气压调整信号发射器(8-8)发出指令；气压调整信号发射器(8-8)的输入端与计算机连接，气压调整信号发射器(8-8)的输出端分别与气压调节阀(8-5)、抽气泵(8-2)连接，根据所接收的计算机指令控制气压调节阀(8-5)、抽气泵(8-2)所处的状态，将气缸(8-1)储存的气体输入气囊使气囊内的压力增大至应具有的气体压力，或将气囊内的气体抽出送入气缸(8-1)，使气囊内的压力减小至应具有的气体压力。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述用于环形薄壁零件加工的减振装置，其特征在于气囊(4)的本体用橡胶或织物制作，所充气体为空气、氮气、二氧化碳、氦气中的一种，根据环形薄壁零件加工过程中的振动情况，气囊中气体的压力控制在0.5Bar～4Bar。

6.根据权利要求4所述用于环形薄壁零件加工的减振装置，其特征在于气囊(4)的本体用橡胶或织物制作，所充气体为空气、氮气、二氧化碳、氦气中的一种，根据环形薄壁零件加工过程中的振动情况，气囊中气体的压力控制在0.5Bar～4Bar。

7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述用于环形薄壁零件加工的减振装置，其特征在于胀型块(3)用塑料制作。

8.根据权利要求4所述用于环形薄壁零件加工的减振装置，其特征在于胀型块(3)用塑料制作。

9.根据权利要求5所述用于环形薄壁零件加工的减振装置，其特征在于胀型块(3)用塑料制作。

10.根据权利要求6所述用于环形薄壁零件加工的减振装置，其特征在于胀型块(3)用塑料制作。