CN110153493B - 基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具及其抑振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具及其抑振方法。有必要设计一种用于平面拉削的主动抑振夹具。本发明包括夹具平台、压力表、液压夹具、电液伺服激振机构、反馈调节系统、供油系统和状态监测控制系统；电液伺服激振机构包括双出杆激振缸和三位四通电磁阀；反馈调节系统包括反馈液压缸。本发明由于双出杆激振缸产生波动的反向激振力对夹具平台进行主动抑振作用，有效抵消了平面拉削过程中的低频振动效应，适应拉削负载特性，提升了抑振装置的通用性。

Description

基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具及其抑振方法

技术领域

本发明属于拉削加工技术领域，具体涉及一种基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具及其抑振方法。

背景技术

拉削加工是一种高效的加工方法，生产效率及加工精度高，且加工表面粗糙度小。但受平面拉刀刀齿分布特性的影响，在拉削过程中，多刀齿连续接触工件时，会产生低频振动，这将加剧拉刀损耗，降低了夹具稳定性，严重影响加工质量。

目前已有的振动夹具多为振动试验所使用的夹具。如专利号为201721674377.0(授权公告号CN207649867U，授权公开日为2018.07.24)公开的一种多用途振动夹具，其包括两个互相垂直的安装面板，并通过两个三角横梁结构固定；三角横梁结构的两条直角边分别位于两个安装面板上；安装面板平行于三角横梁结构直角边的两侧边缘与三角横梁架构直角边之间预留了振动试验时装配所需的压紧位置。该夹具能够实现与固态功率放大器的快速装夹，在测试质量、测试进度和测试成本之间取得平衡。但该发明无法适用于金属加工领域的振动控制。结构方面的改进，如专利号为201721663474.X(授权公告号为CN207681616U，授权公开日2018.08.03)公开的一种内套花键立式拉削加工夹具，包括夹具体和多个定位块，通过优化结构，确保夹紧工件加工时的同轴度。但没有考虑到拉削中所产生的振动问题。

因此，有必要设计一种用于平面拉削的主动抑振夹具。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具及其抑振方法。

本发明基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具，包括夹具平台、压力表、液压夹具、电液伺服激振机构、反馈调节系统、供油系统和状态监测控制系统。所述的液压夹具包括夹具体、可控单向阀和两位两通电磁阀；所述的夹具体包括夹具驱动液压缸和夹爪；夹具驱动液压缸的缸体固定在夹具平台上；夹爪一端与夹具驱动液压缸的活塞杆铰接，中部与固定在夹具平台上的支座铰接，另一端自由设置；可控单向阀的进油口和出油口分别与夹具驱动液压缸的无杆腔和两位两通电磁阀的B口相连；夹具驱动液压缸的有杆腔与两位两通电磁阀的A口相连。两位两通电磁阀的P口与供油系统相连，两位两通电磁阀的T口接油箱。两个液压夹具的夹具体分设在夹具平台两侧；两个液压夹具的两位两通电磁阀的P口相连，且其中一个液压夹具的两位两通电磁阀的P口处设有压力表。

所述的电液伺服激振机构包括双出杆激振缸和三位四通电磁阀；所述双出杆激振缸的活塞杆一端与夹具平台固定，另一端自由设置。双出杆激振缸的活塞杆中心轴线与夹具平台的中心轴线同轴设置；双出杆激振缸的缸体与拉床本体固定；双出杆液压缸两个腔的油口处均设置压力传感器一；三位四通电磁阀的A口和B口与双出杆激振缸的两个腔分别相连；双出杆激振缸的P口和T口分别与供油系统和油箱相连。

所述的反馈调节系统包括反馈液压缸、压力传感器二、流量计、插装阀一和插装阀二；反馈液压缸为单出杆液压缸，反馈液压缸的有杆腔连通插装阀一的进油口和插装阀二的出油口；反馈液压缸的无杆腔连通插装阀一的出油口和插装阀二的进油口；反馈液压缸的有杆腔和无杆腔油口分别设置一个压力传感器二，反馈液压缸的无杆腔油口还设有流量计。两个反馈调节系统的反馈液压缸对称设置在双出杆激振缸两侧，两个反馈调节系统的反馈液压缸活塞杆均与夹具平台固定，两个反馈调节系统的反馈液压缸缸体均与拉床本体固定。

所述的状态监测控制系统包括信号采集器、工控机和运动控制器。信号采集器采集各压力传感器一和各压力传感器二的压力信号以及各流量计的流量信号，并传输给工控机，工控机处理后传输给运动控制器；两位两通电磁阀和三位四通电液阀均由运动控制器控制。

所述的供油系统包括过滤器、双联泵、供油单向阀和溢流阀。所述的双联泵由电机驱动；双联泵的两个进油口均通过过滤器与油箱连通；双联泵的两个出油口分别连接两个供油单向阀的进油口；其中一个供油单向阀的出油口同时连接两个液压夹具的两位两通电磁阀的P口；另一个供油单向阀的出油口连接电液伺服激振机构的三位四通电磁阀的P口。两个供油单向阀的出油口分别经一个溢流阀接油箱。

该基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具的抑振方法，具体如下：

步骤一、运动控制器控制三位四通电磁阀的阀芯位置，供油系统向三位四通电磁阀供油，三位四通电磁阀调节双出杆激振缸的活塞至中间位置；之后停止供油，并使三位四通电磁阀的阀芯处于中位。

步骤二、选取n个工件分别作为参考件进行拉削，n取值为8～12；参考件拉削过程如下：①运动控制器控制两位两通电磁阀的阀芯位置，供油系统向两位两通电磁阀供油，夹具驱动液压缸推动夹爪夹紧参考件，且运动控制器根据压力表的压力值控制两位两通电磁阀的阀芯开口，从而控制夹爪的夹紧力；②拉床本体带动拉刀对参考件进行拉削，拉削过程中实时采集和记录两个反馈液压缸的无杆腔和有杆腔油压；③拉削完成后，运动控制器控制两位两通电磁阀的阀芯位置，夹具驱动液压缸推动夹爪松开参考件。

步骤三、根据记录的各参考件在拉削过程中两个反馈液压缸的无杆腔和有杆腔油压数据，计算所有参考件在各个相同拉削时刻t的平均拉削力

其中，A₁₁和A₂₁分别是两个反馈液压缸的无杆腔内活塞面积，A₁₂和A₂₂分别是两个反馈液压缸的有杆腔内活塞面积，P_i,11(t)和P_i,21(t)分别是参考件i在拉削时刻t对应的两个反馈液压缸的无杆腔油压，P_i,12(t)和P_i,22(t)分别是参考件i在拉削时刻t对应的两个反馈液压缸的有杆腔油压。

步骤四、计算平均拉削力的跃变周期

其中，s为

随拉削时刻t变化曲线中上升沿总个数，

为

随拉削时刻t变化曲线中第j+1个上升沿对应的时刻，

为

随拉削时刻t变化曲线中第j个上升沿对应的时刻，F_j+1为

随拉削时刻t变化曲线中第j+1个上升沿对应的所有参考件的平均拉削力，F_j为

随拉削时刻t变化曲线中第j个上升沿对应的所有参考件的平均拉削力。

步骤五、运动控制器控制两位两通电磁阀的阀芯位置，夹具驱动液压缸推动夹爪夹紧待加工工件，拉床本体带动拉刀对待加工工件进行拉削；通过运动控制器控制三位四通电磁阀7的阀芯位置，不断改变双出杆激振缸的活塞位置和运动方向，从而产生波动的反向激振力F_b：

其中，t为拉削时刻；

t₂为双出杆激振缸的活塞开始运动时刻，t₁为

随拉削时刻t变化曲线中从t₂开始到下一个上升沿时刻的时间差；T₀为双出杆激振缸的活塞运动方向变化周期，取值与

相等；

为所有参考件在各个相同拉削时刻的平均拉削力的最大值，根据

随拉削时刻t变化数据计算得到。

步骤六、待加工工件拉削完成后，运动控制器控制两位两通电磁阀的阀芯位置，夹具驱动液压缸推动夹爪松开拉削完成的工件。

步骤七、重复步骤五和步骤六，进行下一个待加工工件拉削，直到所有待加工工件拉削完成。

本发明具有以下有益效果：

本发明实现了拉削过程中的动力式主动抑振，集振动拉削状态监测和激振运动控制于一体，通过电液伺服激振缸的动力激振作用，可有效抵消平面拉削过程中的低频振动效应，适应拉削负载特性，提升了抑振装置的通用性。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明中夹具体、双出杆激振缸和反馈液压缸的装配示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具，包括夹具平台1、压力表4、液压夹具、电液伺服激振机构、反馈调节系统、供油系统和状态监测控制系统。

液压夹具包括夹具体2、可控单向阀3和两位两通电磁阀5；夹具体2包括夹具驱动液压缸和夹爪；夹具驱动液压缸的缸体固定在夹具平台1上；夹爪一端与夹具驱动液压缸的活塞杆铰接，中部与固定在夹具平台1上的支座铰接，另一端自由设置；可控单向阀3的进油口和出油口分别与夹具驱动液压缸的无杆腔和两位两通电磁阀5的B口相连；夹具驱动液压缸的有杆腔与两位两通电磁阀5的A口相连。两位两通电磁阀5的P口与供油系统相连，两位两通电磁阀5的T口接油箱。两个液压夹具的夹具体2分设在夹具平台1两侧；两个液压夹具的两位两通电磁阀5的P口相连，且其中一个液压夹具的两位两通电磁阀5的P口处设有压力表4。

电液伺服激振机构包括双出杆激振缸6和三位四通电磁阀7；双出杆激振缸6的活塞杆一端与夹具平台1固定，另一端自由设置。双出杆激振缸6的活塞杆中心轴线与夹具平台1的中心轴线同轴设置；双出杆激振缸的缸体与拉床本体固定；双出杆液压缸两个腔的油口处均设置压力传感器一8；三位四通电磁阀7的A口和B口与双出杆激振缸6的两个腔分别相连；双出杆激振缸6的P口和T口分别与供油系统和油箱相连。

反馈调节系统包括反馈液压缸9、压力传感器二10、流量计11、插装阀一和插装阀二12；反馈液压缸9为单出杆液压缸，反馈液压缸9的有杆腔连通插装阀一的进油口和插装阀二12的出油口；反馈液压缸9的无杆腔连通插装阀一的出油口和插装阀二12的进油口；反馈液压缸9的有杆腔和无杆腔油口分别设置一个压力传感器二10，反馈液压缸9的无杆腔油口还设有流量计11。两个反馈调节系统的反馈液压缸9对称设置在双出杆激振缸6两侧，两个反馈调节系统的反馈液压缸9活塞杆均与夹具平台1固定，两个反馈调节系统的反馈液压缸9缸体均与拉床本体固定。

供油系统包括过滤器14、双联泵15、供油单向阀16和溢流阀17。双联泵15由电机驱动；双联泵15的两个进油口均通过过滤器14与油箱13连通；双联泵15的两个出油口分别连接两个供油单向阀16的进油口；其中一个供油单向阀16的出油口同时连接两个液压夹具的两位两通电磁阀的P口；另一个供油单向阀16的出油口连接电液伺服激振机构的三位四通电磁阀7的P口。两个供油单向阀16的出油口分别经一个溢流阀17接油箱。

状态监测控制系统包括信号采集器18、工控机19和运动控制器20。信号采集器18采集各压力传感器一8和各压力传感器二10的压力信号以及各流量计11的流量信号，并传输给工控机19，工控机19处理后传输给运动控制器20；两位两通电磁阀5和三位四通电液阀7均由运动控制器20控制。

该基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具的抑振方法，具体如下：

步骤一、运动控制器20控制三位四通电磁阀7的阀芯位置，双联泵15向三位四通电磁阀7供油，三位四通电磁阀7调节双出杆激振缸6的活塞至中间位置，由于两个反馈液压缸9的活塞位移均与双出杆激振缸6的活塞位移一致，夹具平台1始终维持水平状态；之后停止供油，并使三位四通电磁阀7的阀芯处于中位。

步骤二、本发明适用于成批工件拉削，首先选取n个工件分别作为参考件进行拉削，n取值为8～12；参考件拉削过程如下：①运动控制器20控制两位两通电磁阀5的阀芯位置，双联泵15向两位两通电磁阀5供油，夹具驱动液压缸推动夹爪夹紧参考件；根据压力表4的压力值，可以通过运动控制器20控制两位两通电磁阀5的阀芯开口，从而控制夹爪的夹紧力；②拉床本体带动拉刀对参考件进行拉削，拉削过程中实时采集和记录两个反馈液压缸9的无杆腔和有杆腔油压变化；③拉削完成后，运动控制器20控制两位两通电磁阀5的阀芯位置，夹具驱动液压缸推动夹爪松开参考件。

步骤三、根据记录的各参考件在拉削过程中两个反馈液压缸9的无杆腔和有杆腔油压变化数据，计算所有参考件在各个相同拉削时刻t的平均拉削力

其中，A₁₁和A₂₁分别是两个反馈液压缸9的无杆腔内活塞面积，A₁₂和A₂₂分别是两个反馈液压缸9的有杆腔内活塞面积，P_i,11(t)和P_i,21(t)分别是参考件i在拉削时刻t对应的两个反馈液压缸9的无杆腔油压，P_i,12(t)和P_i,22(t)分别是参考件i在拉削时刻t对应的两个反馈液压缸9的有杆腔油压。

步骤四、计算平均拉削力的跃变周期

其中，s为

随拉削时刻t变化曲线中上升沿总个数，

为

随拉削时刻t变化曲线中第j+1个上升沿对应的时刻，

为

随拉削时刻t变化曲线中第j个上升沿对应的时刻，F_j+1为

随拉削时刻t变化曲线中第j+1个上升沿对应的所有参考件的平均拉削力，F_j为

随拉削时刻t变化曲线中第j个上升沿对应的所有参考件的平均拉削力。

步骤五、运动控制器20控制两位两通电磁阀5的阀芯位置，夹具驱动液压缸推动夹爪夹紧待加工工件，拉床本体带动拉刀对待加工工件进行拉削；通过运动控制器20控制三位四通电磁阀7的阀芯位置，不断改变双出杆激振缸6的活塞位置和运动方向，从而产生波动的反向激振力F_b：

其中，t为拉削时刻；

t₂为双出杆激振缸6的活塞开始运动时刻，t₁为

随拉削时刻t变化曲线中从t₂开始到下一个上升沿时刻的时间差；T₀为双出杆激振缸6的活塞运动方向变化周期，取值与

相等；

为所有参考件在各个相同拉削时刻的平均拉削力的最大值，根据

随拉削时刻t变化数据计算得到。

步骤六、待加工工件拉削完成后，运动控制器20控制两位两通电磁阀5的阀芯位置，夹具驱动液压缸推动夹爪松开拉削完成的工件。

步骤七、重复步骤五和步骤六，进行下一个待加工工件拉削，直到所有待加工工件拉削完成。

本发明由于双出杆激振缸6产生波动的反向激振力F_b对夹具平台进行主动抑振作用，有效抵消了平面拉削过程中的低频振动效应，适应拉削负载特性，提升了抑振装置的通用性。

Claims (3)

1.基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具，包括夹具平台、压力表、液压夹具、反馈调节系统、供油系统和状态监测控制系统，其特征在于：还包括电液伺服激振机构；所述的液压夹具包括夹具体、可控单向阀和两位两通电磁阀；所述的夹具体包括夹具驱动液压缸和夹爪；夹具驱动液压缸的缸体固定在夹具平台上；夹爪一端与夹具驱动液压缸的活塞杆铰接，中部与固定在夹具平台上的支座铰接，另一端自由设置；可控单向阀的进油口和出油口分别与夹具驱动液压缸的无杆腔和两位两通电磁阀的B口相连；夹具驱动液压缸的有杆腔与两位两通电磁阀的A口相连；两位两通电磁阀的P口与供油系统相连，两位两通电磁阀的T口接油箱；两个液压夹具的夹具体分设在夹具平台两侧；两个液压夹具的两位两通电磁阀的P口相连，且其中一个液压夹具的两位两通电磁阀的P口处设有压力表；

所述的电液伺服激振机构包括双出杆激振缸和三位四通电磁阀；所述双出杆激振缸的活塞杆一端与夹具平台固定，另一端自由设置；双出杆激振缸的活塞杆中心轴线与夹具平台的中心轴线同轴设置；双出杆激振缸的缸体与拉床本体固定；双出杆液压缸两个腔的油口处均设置压力传感器一；三位四通电磁阀的A口和B口与双出杆激振缸的两个腔分别相连；双出杆激振缸的P口和T口分别与供油系统和油箱相连；

所述的反馈调节系统包括反馈液压缸、压力传感器二、流量计、插装阀一和插装阀二；反馈液压缸为单出杆液压缸，反馈液压缸的有杆腔连通插装阀一的进油口和插装阀二的出油口；反馈液压缸的无杆腔连通插装阀一的出油口和插装阀二的进油口；反馈液压缸的有杆腔和无杆腔油口分别设置一个压力传感器二，反馈液压缸的无杆腔油口还设有流量计；两个反馈调节系统的反馈液压缸对称设置在双出杆激振缸两侧，两个反馈调节系统的反馈液压缸活塞杆均与夹具平台固定，两个反馈调节系统的反馈液压缸缸体均与拉床本体固定；

所述的状态监测控制系统包括信号采集器、工控机和运动控制器；信号采集器采集各压力传感器一和各压力传感器二的压力信号以及各流量计的流量信号，并传输给工控机，工控机处理后传输给运动控制器；两位两通电磁阀和三位四通电液阀均由运动控制器控制。

2.根据权利要求1所述的基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具，其特征在于：所述的供油系统包括过滤器、双联泵、供油单向阀和溢流阀；所述的双联泵由电机驱动；双联泵的两个进油口均通过过滤器与油箱连通；双联泵的两个出油口分别连接两个供油单向阀的进油口；其中一个供油单向阀的出油口同时连接两个液压夹具的两位两通电磁阀的P口；另一个供油单向阀的出油口连接电液伺服激振机构的三位四通电磁阀的P口；两个供油单向阀的出油口分别经一个溢流阀接油箱。

3.根据权利要求1或2所述的基于电液伺服激振的平面拉削主动抑振夹具的抑振方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一、运动控制器控制三位四通电磁阀的阀芯位置，供油系统向三位四通电磁阀供油，三位四通电磁阀调节双出杆激振缸的活塞至中间位置；之后停止供油，并使三位四通电磁阀的阀芯处于中位；

步骤二、选取n个工件分别作为参考件进行拉削，n取值为8～12；参考件拉削过程如下：①运动控制器控制两位两通电磁阀的阀芯位置，供油系统向两位两通电磁阀供油，夹具驱动液压缸推动夹爪夹紧参考件，且运动控制器根据压力表的压力值控制两位两通电磁阀的阀芯开口，从而控制夹爪的夹紧力；②拉床本体带动拉刀对参考件进行拉削，拉削过程中实时采集和记录两个反馈液压缸的无杆腔和有杆腔油压；③拉削完成后，运动控制器控制两位两通电磁阀的阀芯位置，夹具驱动液压缸推动夹爪松开参考件；

步骤三、根据记录的各参考件在拉削过程中两个反馈液压缸的无杆腔和有杆腔油压数据，计算所有参考件在各个相同拉削时刻t的平均拉削力

其中，A₁₁和A₂₁分别是两个反馈液压缸的无杆腔内活塞面积，A₁₂和A₂₂分别是两个反馈液压缸的有杆腔内活塞面积，P_i,11(t)和P_i,21(t)分别是参考件i在拉削时刻t对应的两个反馈液压缸的无杆腔油压，P_i,12(t)和P_i,22(t)分别是参考件i在拉削时刻t对应的两个反馈液压缸的有杆腔油压；

步骤四、计算平均拉削力的跃变周期

其中，s为

随拉削时刻t变化曲线中上升沿总个数，

为

随拉削时刻t变化曲线中第j+1个上升沿对应的时刻，

为

随拉削时刻t变化曲线中第j个上升沿对应的时刻，F_j+1为

随拉削时刻t变化曲线中第j+1个上升沿对应的所有参考件的平均拉削力，F_j为

随拉削时刻t变化曲线中第j个上升沿对应的所有参考件的平均拉削力；

步骤五、运动控制器控制两位两通电磁阀的阀芯位置，夹具驱动液压缸推动夹爪夹紧待加工工件，拉床本体带动拉刀对待加工工件进行拉削；通过运动控制器控制三位四通电磁阀7的阀芯位置，不断改变双出杆激振缸的活塞位置和运动方向，从而产生波动的反向激振力F_b：

其中，t为拉削时刻；

t₂为双出杆激振缸的活塞开始运动时刻，t₁为

随拉削时刻t变化曲线中从t₂开始到下一个上升沿时刻的时间差；T₀为双出杆激振缸的活塞运动方向变化周期，取值与

相等；

为所有参考件在各个相同拉削时刻的平均拉削力的最大值，根据

随拉削时刻t变化数据计算得到；

步骤六、待加工工件拉削完成后，运动控制器控制两位两通电磁阀的阀芯位置，夹具驱动液压缸推动夹爪松开拉削完成的工件；

步骤七、重复步骤五和步骤六，进行下一个待加工工件拉削，直到所有待加工工件拉削完成。

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