CN108927538A - 一种可调式电磁阻尼减振镗杆 - Google Patents

一种可调式电磁阻尼减振镗杆 Download PDF

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杨浩
刘强
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    • B23B29/02—Boring bars
    • B23B29/022—Boring bars with vibration reducing means

Abstract

一种可调式电磁阻尼减振镗杆，属于机械加工领域，解决了现有基于阻尼器的减振镗杆存在的容易失效或结构复杂，制造难度大的问题。所述减振镗杆：主控制器内预存有工艺参数组合与最优励磁电流的对应关系表，每个工艺参数组合均包括转速、进给量、背吃刀量、工件材料和镗刀几何参数。电磁阻尼器能够在最优励磁电流的激励下使对应工艺参数组合下的杆体的径向振动达到最小。主控制器在减振镗杆用于镗削加工之前，在所述对应关系表中搜索与输入的实际工艺参数组合最接近的工艺参数组合以及其对应的最优励磁电流。主控制器还用于在所述减振镗杆用于镗削加工时，控制励磁电流源对电磁阻尼器进行励磁，使电磁阻尼器在最优励磁电流的激励下对杆体进行减振。

Description

一种可调式电磁阻尼减振镗杆
技术领域
本发明涉及一种减振镗杆，属于机械加工领域。
背景技术
现有基于阻尼器的减振镗杆所采用的阻尼器主要分为挤压油膜阻尼器、电流变液阻尼器和磁流变液阻尼器。然而，这些减振镗杆主要存在以下问题：
对于基于挤压油膜阻尼器的减振镗杆：当挤压油膜阻尼器的转子的实际不平衡量超过其临界不平衡量时，转子将会发生异步涡动和表现出双稳态特性，进而导致挤压油膜阻尼器失效，甚至是加剧镗杆的振动。
对于基于电流变液阻尼器的减振镗杆和基于磁流变液阻尼器的主动式减振镗杆：电流变液阻尼器的电流变体和磁流变液阻尼器的磁流变体机理较为复杂，导致镗杆的结构复杂，制造难度大。
发明内容
本发明为解决现有基于阻尼器的减振镗杆存在的容易失效或结构复杂，制造难度大的问题，提出了一种可调式电磁阻尼减振镗杆。
本发明所述的可调式电磁阻尼减振镗杆包括杆体1，在杆体1的前端设置有刀头2，刀头2用于装夹镗刀3；
所述减振镗杆还包括主控制器、励磁电流源和电磁阻尼器；
主控制器内预存有工艺参数组合与最优励磁电流的对应关系表，每个工艺参数组合均包括转速、进给量、背吃刀量、工件材料和镗刀几何参数；
电磁阻尼器能够在最优励磁电流的激励下，使对应工艺参数组合下的杆体1的径向振动达到最小；
主控制器用于在所述减振镗杆用于镗削加工之前，在所述对应关系表中搜索与输入的实际工艺参数组合最接近的工艺参数组合以及最接近工艺参数组合对应的最优励磁电流；
主控制器还用于在所述减振镗杆用于镗削加工时，控制励磁电流源对电磁阻尼器进行励磁，使电磁阻尼器在最优励磁电流的激励下对杆体1进行减振。
作为优选的是，自杆体1的前端向杆体1的内部、沿着杆体1的轴向设置有空腔4，空腔4为圆柱形且前端开口；
所述减振镗杆还包括刀头连接件5，刀头2通过刀头连接件5与杆体1固设，刀头连接件5设置在空腔4的开口处；
电磁阻尼器紧密固设在刀头连接件5与空腔4合围的密闭空间内。
作为优选的是，电磁阻尼器包括壳体、减振块6和电磁铁阵列；
壳体为圆柱形结构，包括前端盖7、管体8和后端盖9，在前端盖7和后端盖9的内端面上分别设置有第一橡胶圈座和第二橡胶圈座，第一橡胶圈座和第二橡胶圈座内分别设置有第一橡胶圈10和第二橡胶圈11；
减振块6为圆柱形结构，前端盖7与后端盖9通过第一橡胶圈10和第二橡胶圈11夹紧减振块6，并使其与空腔4同轴设置；
电磁铁阵列包括多个环形的电磁铁子阵列，多个电磁铁子阵列沿管体8的轴向等间距地设置在管体8的内壁上；
每个电磁铁子阵列均包括多个电磁铁，同一电磁铁子阵列的多个电磁铁沿减振块6的周向均匀分布；
每个电磁铁均包括铁芯12和励磁线圈13，励磁线圈13的两端分别为电流输入端和接地端；
壳体内的全部励磁线圈13的电流输入端的公共端为电磁阻尼器的励磁电流输入端。
作为优选的是，壳体与空腔4过盈配合，后端盖9通过多个销钉14周向固定在空腔4的底面上。
作为优选的是，所述减振镗杆还包括冷却单元，冷却单元包括冷却液输出单元、第一冷却液管道15和第二冷却液管道16；
在前端盖7、减振块6和后端盖9上分别同轴开设有第一通孔、第二通孔和第三通孔；
冷却液输出单元的冷却液输出端口与第一冷却液管道15的冷却液输入端口相连通，第一冷却液管道15的冷却液输出端口在经杆体1的后端贯穿空腔4的底面后与第三通孔连通；
第二冷却液管道16的冷却液输入端口与第一通孔相连通，第二冷却液管道16的冷却液输出端口在依次贯穿刀头连接件5和刀头2后直抵镗刀3；
冷却液输出单元输出的冷却液依次经第一冷却液管道15、第三通孔、第二橡胶圈11的中空区域、第二通孔、第一橡胶圈10的中空区域、第一通孔和第二冷却液管道16流向镗刀3。
作为优选的是，所述工艺参数组合与最优励磁电流的对应关系表通过正交试验获得；
在进行正交试验时，转速的取值范围为100r/min～3000r/min，进给量的取值范围为0.01mm/r～0.3mm/r，背吃刀量为0.01mm～2.5mm。
本发明所述的可调式电磁阻尼减振镗杆采用电磁阻尼器对杆体进行减振，解决了现有基于挤压油膜阻尼器的减振镗杆容易失效的问题。与电流变液阻尼器和磁流变液阻尼器相比，电磁阻尼器的结构相对简单。因此，本发明所述的可调式电磁阻尼减振镗杆解决了现有基于电流变液阻尼器的减振镗杆和基于磁流变液阻尼器的减振镗杆存在的结构复杂及制造难度大的问题。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的可调式电磁阻尼减振镗杆进行更详细的描述，其中：
图1为实施例所述的可调式电磁阻尼减振镗杆的结构示意图；
图2为图1中减振镗杆的A-A剖面放大图；
图3为实施例提及的杆体的结构示意图；
图4为实施例提及的第一电磁铁子阵列的励磁电路原理图，S1～S4均为开关，R1～R4均为限流电阻；
图5为实施例提及的电磁铁的结构示意图；
图6为实施例所述的可调式电磁阻尼减振镗杆的控制原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明所述的可调式电磁阻尼减振镗杆进一步说明。
实施例：下面结合图1至图6详细地说明本实施例。
本实施例所述的可调式电磁阻尼减振镗杆包括杆体1，在杆体1的前端设置有刀头2，刀头2用于装夹镗刀3；
所述减振镗杆还包括主控制器、励磁电流源和电磁阻尼器；
主控制器内预存有工艺参数组合与最优励磁电流的对应关系表，每个工艺参数组合均包括转速、进给量、背吃刀量、工件材料和镗刀几何参数；
电磁阻尼器能够在最优励磁电流的激励下，使对应工艺参数组合下的杆体1的径向振动达到最小；
主控制器用于在所述减振镗杆用于镗削加工之前，在所述对应关系表中搜索与输入的实际工艺参数组合最接近的工艺参数组合以及最接近工艺参数组合对应的最优励磁电流；
主控制器还用于在所述减振镗杆用于镗削加工时，控制励磁电流源对电磁阻尼器进行励磁，使电磁阻尼器在最优励磁电流的激励下对杆体1进行减振。
在本实施例中，自杆体1的前端向杆体1的内部、沿着杆体1的轴向设置有空腔4，空腔4为圆柱形且前端开口；
所述减振镗杆还包括刀头连接件5，刀头2通过刀头连接件5与杆体1固设，刀头连接件5设置在空腔4的开口处；
电磁阻尼器紧密固设在刀头连接件5与空腔4合围的密闭空间内。
本实施例的电磁阻尼器包括壳体、减振块6和电磁铁阵列；
壳体为圆柱形结构，包括前端盖7、管体8和后端盖9，在前端盖7和后端盖9的内端面上分别设置有第一橡胶圈座和第二橡胶圈座，第一橡胶圈座和第二橡胶圈座内分别设置有第一橡胶圈10和第二橡胶圈11；
减振块6为圆柱形结构，前端盖7与后端盖9通过第一橡胶圈10和第二橡胶圈11夹紧减振块6，并使其与空腔4同轴设置；
电磁铁阵列包括第一电磁铁子阵列和第二电磁铁子阵列，第一电磁铁子阵列和第二电磁铁子阵列均为环形阵列，第一电磁铁子阵列和第二电磁铁子阵列沿管体8的轴向设置在管体8的内壁上；
第一电磁铁子阵列和第二电磁铁子阵列均包括四个电磁铁，同一电磁铁子阵列的四个电磁铁沿减振块6的周向均匀分布，减振块6位于电磁铁阵列所形成的磁场中；
每个电磁铁均包括铁芯12和励磁线圈13，励磁线圈13的两端分别为电流输入端和接地端；
壳体内的八个励磁线圈13的电流输入端的公共端为电磁阻尼器的励磁电流输入端。
本实施例的壳体与空腔4过盈配合，后端盖9通过多个销钉14周向固定在空腔4的底面上。
本实施例所述的可调式电磁阻尼减振镗杆还包括冷却单元，冷却单元包括冷却液输出单元、第一冷却液管道15和第二冷却液管道16；
在前端盖7、减振块6和后端盖9上分别同轴开设有第一通孔、第二通孔和第三通孔；
冷却液输出单元的冷却液输出端口与第一冷却液管道15的冷却液输入端口相连通，第一冷却液管道15的冷却液输出端口在经杆体1的后端贯穿空腔4的底面后与第三通孔连通；
第二冷却液管道16的冷却液输入端口与第一通孔相连通，第二冷却液管道16的冷却液输出端口在依次贯穿刀头连接件5和刀头2后直抵镗刀3；
冷却液输出单元输出的冷却液依次经第一冷却液管道15、第三通孔、第二橡胶圈11的中空区域、第二通孔、第一橡胶圈10的中空区域、第一通孔和第二冷却液管道16流向镗刀3。
当减振块6在电磁铁阵列所形成的磁场中运动时，感应电流做功使减振块6发热。为了解决减振块6发热的问题，本实施例所述的可调式电磁阻尼减振镗杆通过设置冷却单元以解决减振块6发热的问题。自电磁阻尼器流出的冷却液经第二冷却液管道16流向镗刀3，同时实现了对镗刀3的冷却。
在本实施例中，所述工艺参数组合与最优励磁电流的对应关系表通过正交试验获得；
在进行正交试验时，转速的取值范围为100r/min～3000r/min，进给量的取值范围为0.01mm/r～0.3mm/r，背吃刀量为0.01mm～2.5mm。
下面详细说明本实施例所述的可调式电磁阻尼减振镗杆的减振原理：
当采用所述减振镗杆对工件进行镗削加工时，镗刀3的振动依次经杆体1、壳体和位于减振块6两侧的第一橡胶圈10和第二橡胶圈11传递到减振块6上。当减振块6发生振动位移时，通过减振块6的磁通量发生改变，产生电感，电磁铁阵列对减振块6产生阻尼，通过控制电磁铁阵列的励磁电流能够实现对减振块6所受阻尼的控制。
本实施例所述的可调式电磁阻尼减振镗杆为两自由度系统，杆体1为主系统，电磁阻尼器为子系统。子系统的阻尼值的改变能够使主系统的振动发生相应的改变，因此，通过调节电磁阻尼器的阻尼值能够实现对杆体1的减振，进而实现对镗刀3的减振。
主控制器预设的工艺参数组合与最优励磁电流的对应关系表通过正交试验获得，具体过程为：
通过进行正交试验获得不同工艺参数组合与杆体1的激振频率的对应关系；
对于每个激振频率下的杆体1，通过调整电磁阻尼器的激励电流，得到电磁阻尼器的最优阻尼值，最优阻尼值对应的激励电流即为最优励磁电流；
将每个工艺参数组合与其对应的最优励磁电流进行关联。
在所述减振镗杆用于镗削加工之前，主控制器在所述对应关系表中搜索与输入的实际工艺参数组合最接近的工艺参数组合以及最接近工艺参数组合对应的最优励磁电流。在确定最优励磁电流后，主控制器控制励磁电流源对电磁阻尼器进行励磁，使电磁阻尼器在最优励磁电流的激励下对杆体1进行减振。
下面以第一电磁铁子阵列为例详细说明电磁阻尼器的工作原理：
主控制器通过励磁电流源控制流经励磁线圈13的励磁子电流，励磁子电流的幅值与励磁线圈13所形成气隙磁场的强度成正比，气隙磁场越大，其对减振块6的阻尼值越大。单个励磁线圈的阻尼值与励磁子电流的关系式为：
式中，Kc为单个励磁线圈的阻尼值，I0为励磁子电流，C0为静态气隙厚度，α为磁极与垂直方向的夹角，D为磁极宽度，L为磁极长度，R为励磁线圈及导线电阻，U0为激励电压，μ0为真空磁导率，N为励磁线圈匝数，ω为激振频率。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (6)

1.一种可调式电磁阻尼减振镗杆，所述减振镗杆包括杆体(1)，在杆体(1)的前端设置有刀头(2)，刀头(2)用于装夹镗刀(3)；
其特征在于，所述减振镗杆还包括主控制器、励磁电流源和电磁阻尼器；
主控制器内预存有工艺参数组合与最优励磁电流的对应关系表，每个工艺参数组合均包括转速、进给量、背吃刀量、工件材料和镗刀几何参数；
电磁阻尼器能够在最优励磁电流的激励下，使对应工艺参数组合下的杆体(1)的径向振动达到最小；
主控制器用于在所述减振镗杆用于镗削加工之前，在所述对应关系表中搜索与输入的实际工艺参数组合最接近的工艺参数组合以及最接近工艺参数组合对应的最优励磁电流；
主控制器还用于在所述减振镗杆用于镗削加工时，控制励磁电流源对电磁阻尼器进行励磁，使电磁阻尼器在最优励磁电流的激励下对杆体(1)进行减振。
2.如权利要求1所述的可调式电磁阻尼减振镗杆，其特征在于，自杆体(1)的前端向杆体(1)的内部、沿着杆体(1)的轴向设置有空腔(4)，空腔(4)为圆柱形且前端开口；
所述减振镗杆还包括刀头连接件(5)，刀头(2)通过刀头连接件(5)与杆体(1)固设，刀头连接件(5)设置在空腔(4)的开口处；
电磁阻尼器紧密固设在刀头连接件(5)与空腔(4)合围的密闭空间内。
3.如权利要求2所述的可调式电磁阻尼减振镗杆，其特征在于，电磁阻尼器包括壳体、减振块(6)和电磁铁阵列；
壳体为圆柱形结构，包括前端盖(7)、管体(8)和后端盖(9)，在前端盖(7)和后端盖(9)的内端面上分别设置有第一橡胶圈座和第二橡胶圈座，第一橡胶圈座和第二橡胶圈座内分别设置有第一橡胶圈(10)和第二橡胶圈(11)；
减振块(6)为圆柱形结构，前端盖(7)与后端盖(9)通过第一橡胶圈(10)和第二橡胶圈(11)夹紧减振块(6)，并使其与空腔(4)同轴设置；
电磁铁阵列包括多个环形的电磁铁子阵列，多个电磁铁子阵列沿管体(8)的轴向等间距地设置在管体(8)的内壁上；
每个电磁铁子阵列均包括多个电磁铁，同一电磁铁子阵列的多个电磁铁沿减振块(6)的周向均匀分布；
每个电磁铁均包括铁芯(12)和励磁线圈(13)，励磁线圈(13)的两端分别为电流输入端和接地端；
壳体内的全部励磁线圈(13)的电流输入端的公共端为电磁阻尼器的励磁电流输入端。
4.如权利要求3所述的可调式电磁阻尼减振镗杆，其特征在于，壳体与空腔(4)过盈配合，后端盖(9)通过多个销钉(14)周向固定在空腔(4)的底面上。
5.如权利要求4所述的可调式电磁阻尼减振镗杆，其特征在于，所述减振镗杆还包括冷却单元，冷却单元包括冷却液输出单元、第一冷却液管道(15)和第二冷却液管道(16)；
在前端盖(7)、减振块(6)和后端盖(9)上分别同轴开设有第一通孔、第二通孔和第三通孔；
冷却液输出单元的冷却液输出端口与第一冷却液管道(15)的冷却液输入端口相连通，第一冷却液管道(15)的冷却液输出端口在经杆体(1)的后端贯穿空腔(4)的底面后与第三通孔连通；
第二冷却液管道(16)的冷却液输入端口与第一通孔相连通，第二冷却液管道(16)的冷却液输出端口在依次贯穿刀头连接件(5)和刀头(2)后直抵镗刀(3)；
冷却液输出单元输出的冷却液依次经第一冷却液管道(15)、第三通孔、第二橡胶圈(11)的中空区域、第二通孔、第一橡胶圈(10)的中空区域、第一通孔和第二冷却液管道(16)流向镗刀(3)。
6.如权利要求5所述的可调式电磁阻尼减振镗杆，其特征在于，所述工艺参数组合与最优励磁电流的对应关系表通过正交试验获得；
在进行正交试验时，转速的取值范围为100r/min～3000r/min，进给量的取值范围为0.01mm/r～0.3mm/r，背吃刀量为0.01mm～2.5mm。
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