CN110319139A - 一种机床进给方向减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机床进给方向减振装置，包括外缸单元及活塞杆，活塞杆穿过外缸单元，外缸单元内部空间设置有阻尼器单元，外缸单元内填充有磁流变液，阻尼器单元套设在活塞杆上，活塞杆上设置有挡块，阻尼器单元两端分别配合挡块与螺纹固定在活塞杆上，活塞杆穿出外缸单元的两端端部套设有活塞套筒，活塞杆与活塞套筒采用螺纹连接，活塞套筒远离活塞杆的一侧连接有阻尼器连接板，机床电源通过导线依次穿过活塞套筒、活塞杆连接阻尼器单元。本发明的一种机床进给方向减振装置，磁流变液阻尼器便于安装，维护简便，在低速进给的情况下，磁流变液阻尼器提供阻尼力，使速度变化平稳，抑制了振动，提高了加工精度。

Description

一种机床进给方向减振装置
技术领域
本发明属于机床减振技术领域，涉及一种机床进给方向减振装置。
背景技术
机床减振技术是提高机床加工精度的关键技术，机床振动在工艺方面，会造成工件表面出现振纹，恶化加工表面质量，增大表面粗糙度值。并且振动还会对刀具和机床自身产生危害，如造成刀具损坏，机床夹具松动等。
但是现有的机床减振技术主要针对的是机床负载方向，比如典型的被动式减振，在机床与地面的接触处设置减振垫，这种沿机床负载方向的装置的减振效果良好，但是若设备已经投产之后，再需加装减震器的话，不仅需要对机床进行一定的改造还需要对厂房进行改造，不仅费时，而且延误生产。
随着对机床加工精度的要求越来越高，机床进给方向振动的抑制也变得越来越重要，机床滑台在沿进给方向低速运动时，会产生爬行现象，爬行现象，从其运动形式来描述，是指两运动接合面相对低速运行时，当速度达到某一范围时，运动部件会出现摩檫力急剧下降，从而产生了运动的不平稳和跳跃式振动的现象。爬行现象在高精密和超高精密的机床中表现得尤为严重，如精密磨床，数控机床等。
磁流变液是一种材料，在不同的磁感应强度下，具有不同的剪切屈服应力，磁流变液阻尼器是磁流变液的一种具体应用，当输入不同的电流时，会产生不同大小的阻尼力，针对机床进给方向的爬行现象，主要是因为接触表面的摩檫力不够，所以可以采用磁流变液阻尼器产生阻尼力补偿所需要的摩檫力，抑制机床的爬行现象产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种机床进给方向减振装置，解决了现有技术中存在的高精密和超高精密的机床加工过程爬行现象严重的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种机床进给方向减振装置，包括外缸单元及活塞杆，活塞杆穿过外缸单元，外缸单元内部空间设置有阻尼器单元，外缸单元内填充有磁流变液，阻尼器单元套设在活塞杆上，活塞杆上设置有挡块，阻尼器单元两端分别配合挡块与螺纹固定在活塞杆上，活塞杆穿出外缸单元的两端端部套设有活塞套筒，活塞套筒远离活塞杆的一侧连接有阻尼器连接板，阻尼器单元通过导线依次穿过活塞套筒、活塞杆与电源连通。
本发明的特点还在于：
外缸单元包括外缸筒，所述外缸筒第一端固定连接有上缸体密封盖，外缸筒第二端固定连接有下缸体密封盖，上缸体密封盖顶板中央开有第一通孔，所述下缸体密封盖顶板中央开有第二通孔，活塞杆两端分别穿过第一通孔与第二通孔。
阻尼器单元包括有导磁套筒，导磁套筒内设置有活塞，所述活塞外壁中部套设有线圈，导磁套筒的两端分别设置有上活塞端座及下活塞端座，所述上活塞端座及所述下活塞端座用于固定活塞及导磁套筒，活塞杆依次穿过并固定活塞、上活塞端座及下活塞端座，活塞杆通过挡块限制上活塞端座位置，活塞端座通过螺纹固定在活塞杆上，线圈通过导线与机床电源连通。
上活塞端座包括活塞底座及电磁套筒底座，所述活塞底座侧壁设有若干个向外凸起的支撑块，支撑块连接电磁套筒底座，活塞底座及电磁套筒底座之间的空隙为储液孔，两个活塞底座分别从活塞两端固定活塞，两个电磁套筒底座分别从导磁套筒两端固定导磁套筒。
上缸体密封盖的第一通孔与下缸体密封盖第二通孔的内壁设有若干条内环形凹槽，所述内环形凹槽内设置有O型密封圈，上缸体密封盖与下缸体密封盖的主体外壁设有若干条外环形凹槽，外环形凹槽内设置有斯特封。
活塞外壁设置有环形凹槽，线圈匀缠绕在活塞的环形凹槽上。
活塞两端端部外壁设置有螺旋形环形凹槽。
导磁套筒的内壁设置有螺旋形环形凹槽。
本发明的有益效果是：
1、本发明一种机床进给方向减振装置，采用减振装置与滑台分离式设计，该设计方便安装拆卸，同时独立的减振装置有利于使用密封部件保证磁流变液的密封。减振装置中的导磁套筒与活塞分离实际，并通过活塞端座的固定，该设计提供稳定的磁流变液存储空间，提高磁流变液存储空间的磁感应强度；
2、本发明的一种机床进给方向减振装置维护简便，在低速进给的情况下，提供阻尼力，使速度变化平稳，抑制了振动，提高了加工精度。
附图说明
图1是本发明一种机床进给方向减振装置的结构示意图；
图2是本发明一种机床进给方向减振装置的外缸单元安装示意图；
图3是本发明一种机床进给方向减振装置的上缸体密封盖侧视图；
图4是本发明一种机床进给方向减振装置的上缸体密封盖剖面图；
图5是本发明一种机床进给方向减振装置的活塞杆的结构示意图；
图6是本发明一种机床进给方向减振装置的阻尼器单元结构示意图；
图7是本发明一种机床进给方向减振装置的上活塞端座的平面示意图；
图8是本发明一种机床进给方向减振装置的上活塞端座的结构示意图；
图9是本发明一种机床进给方向减振装置的活塞的剖面图；
图10是本发明一种机床进给方向减振装置的导磁套筒的结构示意图；
图11是安装有本发明一种机床进给方向减振装置的机床结构示意图。
图中，1.外缸单元，2.阻尼器单元，3.活塞杆，4.活塞套筒，5.阻尼器连接板，6.内环形凹槽，7.O型密封圈，8.外环形凹槽，9斯特封，10.固定环， 11.导线，1-1.外缸筒，1-2.上缸体密封盖，1-3.下缸体密封盖，2-1.上活塞端座，2-1-1.活塞底座，2-1-1-1.储液孔，2-1-1-2.支撑块，2-1-2.电磁套筒底座， 2-2.活塞，2-3.导磁套筒，2-4.线圈，2-5.下活塞端座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种机床进给方向减振装置，结构如图1所示，包括外缸单元1及活塞杆3，活塞杆3穿过外缸单元1，外缸单元1内部空间设置有阻尼器单元2，外缸单元1内填充有磁流变液，阻尼器单元2套设在活塞杆3上，活塞杆3 上设置有挡块10，阻尼器单元2两端分别配合挡块10与螺纹固定在活塞杆 3上，活塞杆3穿出外缸单元1的两端端部套设有活塞套筒4，活塞杆3与活塞套筒4采用螺纹连接，活塞套筒4远离活塞杆3的一侧连接有阻尼器连接板5，阻尼器单元2通过导线11依次穿过活塞套筒4、活塞杆3与电源连通。
磁流变液使用品牌LORD系列磁流变液。
如图2所示，外缸单元1包括外缸筒1-1，外缸筒1-1第一端固定连接有上缸体密封盖1-2，外缸筒1-1第二端固定连接有下缸体密封盖1-3，上缸体密封盖1-2顶板中央开有第一通孔，下缸体密封盖1-3顶板中央开有第二通孔，活塞杆3两端分别穿过第一通孔与第二通孔。
外缸筒1-1第一端与上缸体密封盖1-2通过螺纹连接，或者上缸体密封盖1-2使用螺栓配合外缸筒1-1上的法兰连接；外缸筒1-1第二端与下缸体密封盖1-3通过螺纹连接或者焊接；活塞杆3外壁与第一通孔与第二通孔内内壁存在0.3mm的间隙。
如图3、4所示，上缸体密封盖1-2的第一通孔与下缸体密封盖1-3第二通孔的内壁设有若干条内环形凹槽6，内环形凹槽内设置有O型密封圈7，上缸体密封盖1-2与下缸体密封盖1-3的外壁设有若干条外环形凹槽8，外环形凹槽内设置有斯特封9。O型密封圈7实现外缸筒1-1、上缸体密封盖 1-2与下缸体密封盖1-3静密封要求，斯特封10实现活塞杆5、上缸体密封盖2与下缸体密封盖3的动密封要求，防止磁流变液泄露。
如图5所示，阻尼器单元2包括有导磁套筒2-3，导磁套筒2-3内设置有活塞2-2，活塞2-2外壁中部套设有线圈2-4，导磁套筒2-3的两端分别设置有上活塞端座2-1及下活塞端座2-5，上活塞端座2-1及下活塞端座2-5用于固定活塞2-2及导磁套筒2-3，活塞杆3依次穿过并固定活塞2-2、上活塞端座2-1及下活塞端座2-5，活塞杆3通过挡块10限制上活塞端座2-1位置，活塞端座2-5通过螺纹固定在活塞杆3上，线圈2-4通过导线11与机床电源连通，机床电源通过导线为线圈供电。
活塞2-2和导磁套筒2-3为高磁导率材料，如纯铁、硅钢、透磁合金45、镍铁铜铬合金或镍铁钼超导磁合金。上活塞端座2-1与下活塞端座2-5采用低磁导率材料，如铜或铝。
结构如图7、8所示，上活塞端座2-1包括活塞底座2-1-1及电磁套筒底座2-1-2，活塞底座2-1-1侧壁设有若干个向外凸起的支撑块2-1-1-2，支撑块2-1-1-2连接电磁套筒底座2-1-2，活塞底座2-1-1及电磁套筒底座2-1-2 之间的空隙为储液孔2-1-1-1，两个活塞底座2-1-1分别从活塞2-2两端固定活塞2-2，两个电磁套筒底座2-1-2分别从导磁套筒2-3两端固定导磁套筒 2-3，通过旋转靠近下缸体密封盖1-3的下活塞端座2-5实现活塞2-2和导磁套筒2-3的轴向固定，或采用外加锁紧螺母的方式轴向固定活塞2-2、导磁套筒2-3和下活塞端座2-5。
支撑块2-1-1-2配合外缸筒1-1内壁固定导磁套筒2-3，储液孔2-1-1-1 为磁流变液流动提供磁流变液存储空间。活塞2-2与导磁套筒2-3分离式设计，使得储液孔2-1-1-1宽度稳定，不易改变，提高了储液孔2-1-1-1处的磁感应强度，导磁套筒2-3与外缸筒1-1的内壁为间隙配合，使得磁流变液阻尼器在运动过程中径向偏移减小。
如图9所示，活塞2-2中部设置30mm长的环形凹槽，线圈2-4匀的缠绕在活塞2-26的中部环形凹槽上，活塞2-2两端端部的外壁设置有螺旋形环形凹槽，如10所示，导磁套筒2-3的内壁设置有螺旋形环形凹槽。螺旋形环形凹槽可以使环形缝隙处，存储更多的磁流变液，相应的储液孔2-1-1-1 的磁感应强度也是整个磁流变液区域中最大的区域，因此螺旋形环形凹槽的设计可以提供更大的阻尼力，在不需要大阻尼力的场合可以采用活塞2-2外壁和导磁套筒2-3的内壁为普通加工的光滑表面的零件。
如1所示，外缸筒1-1通过法兰与机床的滑台固定连接在一起。将活塞杆3通过活塞套筒4和阻尼器连接板5固定在导轨床身上。
本发明一种机床进给方向减振装置，工作过程如下：滑台通过滚珠丝杠将旋转运动转化为直线移动，滑台带动外缸筒1沿机床进给方向移动，在外缸筒1-1的移动过程中，其腔内的磁流变液沿着活塞2-2和导磁套筒2-3之间的储液孔2-1-1-1从一个腔移动到另一个腔内，通过改变线圈2-4中电流的大小，可以改变活塞2-2和导磁套筒2-3之间的储液孔2-1-1-1中的磁感应强度的大小，随着磁感应强度的变大，磁流变液的剪切屈服强度也在变大，因此可以提供更大的阻尼力，在滑台的启动和停止的过程中，增大电流，通过减振装置提供外加的阻尼力，使滑台在启动和停止的过程中，更加平稳，减轻了机床进给方向的振动。
本发明一种机床进给方向减振装置，其优点在于：
1、将磁流变液阻尼器通过法兰固定在滑台内，方便安装拆卸；
2、减振装置与滑台的分离式设计，便于磁流变液的密封；
3、导磁套筒和活塞端部通过活塞端座的固定方式，提高了圆环缝隙处的磁感应强度；
4、本发明的一种机床进给方向减振装置，磁流变液阻尼器便于安装，维护简便，在低速进给的情况下，磁流变液阻尼器提供阻尼力，使速度变化平稳，抑制了振动，提高了加工精度。

Claims (8)

1.一种机床进给方向减振装置，其特征在于，包括外缸单元(1)及活塞杆(3)，所述活塞杆(3)穿过外缸单元(1)，所述外缸单元(1)内部空间设置有阻尼器单元(2)，外缸单元(1)内填充有磁流变液，所述阻尼器单元(2)套设在活塞杆(3)上，活塞杆(3)上设置有挡块(10)，所述阻尼器单元(2)两端分别配合挡块(10)与螺纹固定在活塞杆(3)上，活塞杆(3)穿出外缸单元(1)的两端端部套设有活塞套筒(4)，所述活塞套筒(4)远离活塞杆(3)的一侧连接有阻尼器连接板(5)，所述阻尼器单元(2)通过导线(11)依次穿过活塞套筒(4)、活塞杆(3)与电源连通。
2.根据权利要求1所述的一种机床进给方向减振装置，其特征在于，所述外缸单元(1)包括外缸筒(1-1)，所述外缸筒(1-1)第一端固定连接有上缸体密封盖(1-2)，外缸筒(1-1)第二端固定连接有下缸体密封盖(1-3)，上缸体密封盖(1-2)顶板中央开有第一通孔，所述下缸体密封盖(1-3)顶板中央开有第二通孔，活塞杆(3)两端分别穿过第一通孔与第二通孔。
3.根据权利要求1所述的一种机床进给方向减振装置，其特征在于，所述阻尼器单元(2)包括有导磁套筒(2-3)，导磁套筒(2-3)内设置有活塞(2-2)，所述活塞(2-2)外壁中部套设有线圈(2-4)，导磁套筒(2-3)的两端分别设置有上活塞端座(2-1)及下活塞端座(2-5)，所述上活塞端座(2-1)及所述下活塞端座(2-5)用于固定活塞(2-2)及导磁套筒(2-3)，活塞杆(3)依次穿过并固定活塞(2-2)、上活塞端座(2-1)及下活塞端座(2-5)，活塞杆(3)通过挡块(10)限制上活塞端座(2-1)位置，活塞端座(2-5)通过螺纹固定在活塞杆(3)上，所述线圈(2-4)通过导线(11)与机床电源连通。
4.根据权利要求3所述的一种机床进给方向减振装置，其特征在于，所述上活塞端座(2-1)包括活塞底座(2-1-1)及电磁套筒底座(2-1-2)，所述活塞底座(2-1-1)侧壁设有若干个向外凸起的支撑块(2-1-1-2)，所述支撑块(2-1-1-2)连接电磁套筒底座(2-1-2)，活塞底座(2-1-1)及电磁套筒底座(2-1-2)之间的空隙为储液孔(2-1-1-1)，两个活塞底座(2-1-1)分别从活塞(2-2)两端固定活塞(2-2)，两个电磁套筒底座(2-1-2)分别从导磁套筒(2-3)两端固定导磁套筒(2-3)。
5.根据权利要求2所述的一种机床进给方向减振装置，其特征在于，所述上缸体密封盖(1-2)的第一通孔与下缸体密封盖(1-3)第二通孔的内壁设有若干条内环形凹槽(6)，所述内环形凹槽内设置有O型密封圈(7)，所述上缸体密封盖(1-2)与下缸体密封盖(1-3)的主体外壁设有若干条外环形凹槽(8)，所述外环形凹槽内设置有斯特封(9)。
6.根据权利要求3所述的一种机床进给方向减振装置，其特征在于，所述活塞(2-2)外壁设置有环形凹槽，线圈(2-4)匀缠绕在活塞(2-2)的环形凹槽上。
7.根据权利要求3所述的一种机床进给方向减振装置，其特征在于，所述活塞(2-2)两端端部外壁设置有螺旋形环形凹槽。
8.根据权利要求3所述的一种机床进给方向减振装置，其特征在于，所述导磁套筒(2-3)的内壁设置有螺旋形环形凹槽。
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