CN110145564B - 一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，包括磁流变支撑头和位移装置。磁流变支撑头包括圆形基座、后端盖、阻尼器装置、橡胶支撑头和微电流传感器装置。位移装置包括气缸主体、活塞杆、六角螺母、L形铁架和固定铁架。薄壁件加工过程产生振动，微电流传感器装置感应振动大小同时产生变化的电信号传送到外部控制，外部控制根据电信号的大小调节激励线圈中电流大小，实现阻尼力的不断调节。本发明能有效减小薄壁零件车削加工时产生的切削颤振。

Description

一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置
技术领域
本发明涉及机械精加工技术领域，特别是涉及一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，用于减小薄壁件在切削加工过程中的切削振动以及变形，可以应用于不同圆曲面的薄壁工件加工。
背景技术
纵观全球制造业的发展，已经初步呈现出“高速化、精密化、智能化，绿色化”的趋势，先进制造技术的发展及应用已经成为各国的共识。许多尖端的设备中需要大量的薄壁零件。虽然薄壁件有质量轻、结构紧凑、整体性高等特性，但其相对刚度较低，加工工艺性差，容易产生加工颤振。支撑装置的作用为了抑制颤振、提高刚度、提高加工精度。
目前，薄壁件加工工艺大部分采用镜像加工，减振装置的抑振效果显得尤为重要。中国专利申请号201610348618.6公开了一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，该装置采用多个万向滚珠支撑蒙皮工件，增加支撑面积，减小因铣削力的作用点与支撑点的偏差导致的飞机蒙皮局部变形误差，但该装置采用滚轮支撑，每个滚轮的运动特性和支撑力无法实现一致性，影响薄壁件的加工精度。
此外发展了多点支撑装置。中国专利申请号201410682089.4公开了一种薄壁件镜像加工的多点阻尼支撑装置，该装置包括多个支撑头、压杆、万向节、顶紧气缸固定连接。薄壁件加工过程中，顶紧气缸为支撑头提高固定压力顶紧薄壁件，从而抑制加工振动。但该装置的顶紧气缸为恒压气缸，输出固定的压力值，不能根据薄壁件加工振动的实际工况调整支撑力，影响加工精度与表面质量。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，克服现有磁流变支撑装置实用性差以及不能根据加工状况自适应调节阻尼力的缺点，提供一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，通过感知加工振动的变化调整磁流变支撑头的阻尼力。本发明可以满足不同曲率的薄壁件加工时的支撑需求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，包括通过磁力相互连接的位移装置和磁流变支撑头，所述磁流变支撑头由圆形基座、后端盖、阻尼器装置、橡胶支撑头和微电流传感器装置组成，所述圆形基座中部开有一个阶梯通孔，所述阶梯通孔内设置有阻尼器装置，所述圆形基座上开有一个用于注入磁流变液的注液孔，所述注液孔通过橡胶帽密封；所述圆形基座的左端与所述后端盖螺纹连接，圆形基座的右端连接有所述橡胶支撑头，所述后端盖的内侧开有中心阶梯圆孔；
所述阻尼器装置包括活塞、左活塞杆、右活塞杆和激励线圈；所述左活塞杆和右活塞杆分别设置于活塞的左右两侧，左活塞杆和右活塞杆上均装有密封体、隔磁环和第一弹簧，所述活塞上加工有凹槽，凹槽内缠设有激励线圈，所述激励线圈与圆形基座内壁之间留有间隙，所述阻尼器装置与圆形基座内壁之间形成有空腔，所述磁流变液可充满所述空腔，所述阻尼器装置中心设置有内孔，所述内孔的内壁加工有卡槽；所述内孔的底部设有导向方柱；
所述微电流传感器装置设置于所述内孔内部，由上电极、下电极、上电极支撑板、下电极支撑板、聚酰亚胺薄膜和固定基座组成，所述固定基座的左端安装于所述中心阶梯圆孔内，固定基座的右端通过螺钉设置有圆环固定架，所述圆环固定架上设有与所述导向方柱相配合的连接孔；所述上电极支撑板装卡于所述卡槽内，所述上电极和下电极分别黏贴于上电极支撑板和下电极支撑板上，所述聚酰亚胺薄膜设置于所述下电极表面，所述上电极支撑板的左端与所述左活塞杆固定；所述下电极支撑板与所述固定基座之间相对应的设有圆孔，并在所述圆孔内安装有第二弹簧；
进一步的，所述固定基座的左端安装有圆环轴承，所述圆环轴承上安装圆环轴承固定架并通过螺钉固定在固定基座上。
进一步的，所述右活塞杆从右向左依次装有密封体、隔磁环和第一弹簧；所述左活塞杆从左向右依次装有密封体、隔磁环和第一弹簧。所述密封体与左活塞杆、右活塞杆、圆形基座内壁之间均填充密封圈。
进一步的，所述橡胶支撑头包括固定装置和橡胶头，橡胶支撑头通过螺钉连接于右活塞杆上。所述橡胶头的外表面为曲面且加工有凸出的橡胶颗粒。
进一步的，所述导向方柱上设有橡胶圈。
进一步的，所述左活塞杆与后端盖之间留有运动间隙。
进一步的，所述位移装置包括：气缸、活塞杆、L形铁架和固定铁架；所述气缸为单杆气缸，两端分别设有进气孔与出气孔；且气缸两端通过六角螺母与L形铁架固定，所述L形铁架通过螺钉与固定铁架相连接。所述活塞杆与气缸之间设有密封装置，活塞杆的前端设置有带有凹槽的强磁性圆壳，所述圆形基座外壁设有环形凹陷，环形凹陷上设有与强磁性圆壳上凹槽相匹配的凸块，磁流变支撑头通过磁力固定吸附在强磁性圆壳内。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明的自反馈调节更快速有效，传统的自反馈式磁流变减振装置需要安装位移传感器，不但装置结构复杂而且对于低频振动信号的检测灵敏度低。本发明中加入的微电流传感器装置结构简单且制作成本低，同时微电流传感器装置对低频振动信号检测的灵敏度较高，可以快速将振动信号转化为电信号，传递到外部控制部分，实现快速有效的反馈调节。
2.本发明的橡胶头外表面设计成曲面同时在曲面加工有凸出橡胶颗粒，增加了支撑的有效面积，同时可以适应不同曲率薄壁件的加工支撑需求。
3.本发明的磁流变支撑头与移动装置通过磁力连接，便于拆装。
附图说明
图1为磁流变支撑头三维结构示意图。
图2为磁流变支撑头剖面示意图图。
图3为图2中Ⅰ的局部放大结构示意图。
图4为图2中Ⅱ的局部放大结构示意图。
图5为图2中Ⅲ的局部放大结构示意图。
图6为位移装置的三维结构示意图。
图7为微电流传感器装置的部分构成示意图。
图8为减振装置工作状态三维示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图5所示，一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，它包括位移装置和磁流变支撑头，磁流变支撑头包括圆形基座1、后端盖15、阻尼器装置、橡胶支撑头和微电流传感器装置。圆形基座1中心开有一个阶梯通孔，在阶梯通孔中配置有阻尼器装置，圆形基座1上开有一个注液孔5，用于注入磁流变液2，橡胶支撑头包括固定装置7和橡胶头8，橡胶支撑头通过螺钉连接于右活塞杆9上。圆形基座1左端开有内螺纹，与后端盖15相配合，通过调整后端盖15的位置调节橡胶头8的初试伸出位置。后端盖15内侧开有中心阶梯圆孔，注液孔5用橡胶帽密封。
阻尼器装置包括活塞11、左活塞杆13、右活塞杆9、隔磁环10、密封体6、密封圈14、第一弹簧4和激励线圈3。活塞11上加工有凹槽，在凹槽内缠有激励线圈3，激励线圈3与圆形基座1内壁之间留有间隙。阻尼器装置与圆形基座1内壁之间形成有空腔，磁流变液2可充满所述空腔，阻尼器装置中心加工圆形内孔，圆形内孔内壁加工出卡槽。圆形内孔底部留有导向方柱24，导向方柱24上套有橡胶圈23。
右活塞杆9从右向左依次装有密封体6、隔磁环10和第一弹簧4；密封体6与右活塞杆9、圆形基座1内壁之间填充密封圈14，左活塞杆13从左向右依次是密封体6、隔磁环10和第一弹簧4，密封体6与左活塞杆13、圆形基座1内壁之间填充密封圈14。右活塞杆9上通过内螺纹连接橡胶支撑头，橡胶头8外表面为曲面且加工有凸出的橡胶颗粒。左活塞杆13与后端盖15之间留有活塞杆运动间隙。
微电流传感器装置包括上电极37、下电极38、上电极支撑板27、下电极支撑板26、聚酰亚胺薄膜39和固定基座12。见图7，上电极37和下电极38分别黏贴于上电极支撑板27和下电极支撑板26上。上电极撑板27装卡在圆形内孔内壁的卡槽内，左端安装圆环固定架30并通过螺钉29固定于左活塞杆13上。
下电极支撑板26和固定基座12表面留有圆孔，下电极支撑板26与固定基座12对应圆孔分别安装第二弹簧28，固定基座12右端安装圆环固定架22并通过螺钉25固定。
固定基座12右端留有方孔21，与导向方柱24配合。固定基座12左端安装圆环轴承18。圆环轴承上安装圆环固定架19并通过螺钉20固定在固定基座12上。固定基座12安装于后端盖15中心阶梯圆孔内。固定基座12与后端盖15通过圆环固定架17安装并通过螺钉16固定。
微电流传感器装置的制作如下：(1)在上电极支撑板27和下电极支撑板26表面电镀金属材料，形成上电极37和下电极38；(2)在下电极38表面施加一层聚酰亚胺薄膜39，另一电极不作处理。所述微电流传感器工作时，带有聚酰亚胺薄膜39的下电极38与上电极37摩擦，材料表面产生电子的得失形成电流。在薄壁件加工过程中，振动位移的大小决定两电极产生摩擦的位移大小，进而控制产生的电信号大小，外部控制部分根据电信号大小变化来调节激励线圈电流大小，进而改变磁流变支撑头的阻尼力。
如图6所示，位移装置部分包括：气缸34、活塞杆32、六角螺母33、L形铁架35和固定铁架36。气缸34为单杆气缸，气缸34两端分别设有进气口和出气口。且气缸34前、后端留有伸出部分，伸出部分加工出螺纹通过六角螺母33与L形铁架35固定。L形铁架35通过螺钉与固定铁架36相连接。活塞杆与气缸主体部分间装有密封装置，活塞杆的前端设置有带有凹槽的强磁性圆壳31，圆形基座1外壁设有环形凹陷，环形凹陷上设有与强磁性圆壳31上凹槽相匹配的凸块，因此磁流变支撑头通过磁力固定吸附在强磁性圆壳31内。
本发明工作原理：见图8，薄壁工件40两端固定装夹，位移装置中气缸活塞杆伸出的位移量根据待加工薄壁件零件的尺寸决定，外部气源为气缸供气，三个方向的减振装置顶紧薄壁工件，外部电源为激励线圈供电。在加工过程中，工件产生切削振动带动阻尼器装置振动，同时固定基座12保持不动。因此，微电流传感器装置内部的带有聚酰亚胺薄膜的下电极与上电极产生摩擦，材料表面产生电子得失形成电信号并传递到外部控制电路。加工振动量的大小间接影响电信号的大小，外部控制电路根据电信号的变化调节激励线圈的供电电流，激励线圈磁场发生改变进而调节磁流变支撑头的阻尼力，本发明属于自反馈调节，反馈速度快，减振效果明显。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，其特征在于，包括通过磁力相互连接的位移装置和磁流变支撑头，所述磁流变支撑头由圆形基座、后端盖、阻尼器装置、橡胶支撑头和微电流传感器装置组成，所述圆形基座中部开有一个阶梯通孔，所述阶梯通孔内设置有阻尼器装置，所述圆形基座上开有一个用于注入磁流变液的注液孔，所述注液孔通过橡胶帽密封；所述圆形基座的左端与所述后端盖螺纹连接，圆形基座的右端连接有所述橡胶支撑头，所述后端盖的内侧开有中心阶梯圆孔；
所述阻尼器装置包括活塞、左活塞杆、右活塞杆和激励线圈；所述左活塞杆和右活塞杆分别设置于活塞的左右两侧，左活塞杆和右活塞杆上均装有密封体、隔磁环和第一弹簧，所述活塞上加工有凹槽，凹槽内缠设有激励线圈，所述激励线圈与圆形基座内壁之间留有间隙，所述阻尼器装置与圆形基座内壁之间形成有空腔，所述磁流变液可充满所述空腔，所述阻尼器装置中心设置有内孔，所述内孔的内壁加工有卡槽；所述内孔的底部设有导向方柱；
所述微电流传感器装置设置于所述内孔内部，由上电极、下电极、上电极支撑板、下电极支撑板、聚酰亚胺薄膜和固定基座组成，所述固定基座的左端安装于所述中心阶梯圆孔内，固定基座的右端通过螺钉设置有圆环固定架，所述圆环固定架上设有与所述导向方柱相配合的连接孔；所述上电极支撑板装卡于所述卡槽内，所述上电极和下电极分别黏贴于上电极支撑板和下电极支撑板上，所述聚酰亚胺薄膜设置于所述下电极表面，所述上电极支撑板的左端与所述左活塞杆固定；所述下电极支撑板与所述固定基座之间相对应的设有圆孔，并在所述圆孔内安装有第二弹簧。
2.根据权利要求1所述一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，其特征在于，所述固定基座的左端安装有圆环轴承，所述圆环轴承上安装圆环轴承固定架并通过螺钉固定在固定基座上。
3.根据权利要求1所述一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，其特征在于，所述右活塞杆从右向左依次装有密封体、隔磁环和第一弹簧；所述左活塞杆从左向右依次装有密封体、隔磁环和第一弹簧。
4.根据权利要求1或3所述一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，其特征在于，所述密封体与左活塞杆、右活塞杆、圆形基座内壁之间均填充密封圈。
5.根据权利要求1所述一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，其特征在于，所述橡胶支撑头包括固定装置和橡胶头，橡胶支撑头通过螺钉连接于右活塞杆上。
6.根据权利要求1或5所述一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，其特征在于，所述橡胶头的外表面为曲面且加工有凸出的橡胶颗粒。
7.根据权利要求1所述一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，其特征在于，所述导向方柱上设有橡胶圈。
8.根据权利要求1所述一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，其特征在于，所述左活塞杆与后端盖之间留有运动间隙。
9.根据权利要求1所述一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，其特征在于，所述位移装置包括：气缸、活塞杆、L形铁架和固定铁架；所述气缸为单杆气缸，两端分别设有进气孔与出气孔；且气缸两端通过六角螺母与L形铁架固定，所述L形铁架通过螺钉与固定铁架相连接。
10.根据权利要求9所述一种用于薄壁零件切削加工的可控柔性减振装置，其特征在于，所述活塞杆与气缸之间设有密封装置，活塞杆的前端设置有带有凹槽的强磁性圆壳，所述圆形基座外壁设有环形凹陷，环形凹陷上设有与强磁性圆壳上凹槽相匹配的凸块，磁流变支撑头通过磁力固定吸附在强磁性圆壳内。
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