CN112676582A - 一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铣削加工技术领域，具体为一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法，S1：加速度计对刀具的振动情况实时检测，加速度计外接控制器，控制器与励磁线圈连接，控制励磁线圈所在电路的通电和断电；S2：刀具对被加工物料表面切削，刀具作用在被加工物料的外表面，被加工物料对刀具具有反作用力，使得刀具振动。通过加速度计的设置，能够对刀具的振动状态实时监测，从而能够对刀具的状态掌握，在需要调控时及时介入，避免对刀具及被加工物料造成损坏；通过调控筒体、刀架杆、磁流变液、励磁线圈的配合作用，在励磁线圈产生磁场时，使得磁流变液快速固化，使得刀架杆与调控筒体之间连接固定，对刀具起到加固的作用。

Description

一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制 方法

技术领域

本发明涉及铣削加工技术领域，具体为一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法。

背景技术

在金属切削加工过程中，刀具和工件之间常常会发生激烈的自激振动，即所谓的颤振，这会导致精密加工效率降低和加工表面质量下降，甚至损坏工件及刀具，造成严重后果，因此，有必要对加工颤振进行快速、有效的抑制，以提高工具表面加工质量。对金属切削颤振的控制策略主要有两大类：一类是切削参数调整法，即通过选择或调整合理的切削参数使得机床系统处于稳定区；第二类是振动控制法，即通过振动控制法来改变系统的表现和修正稳定性边界来避免颤振。

对于大多数机床系统而言，由于其传动系统的转动惯量比较大，其响应特性也较低，这使得变速切削难以实现较大的速度变化量和变化率。此外，当机床系统的动刚度很低时，变速切削不但无法抑制颤振，甚至会使颤振加剧，变速切削法抑制颤振在实际应用中还是受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法，以解决上述背景技术中提出的对于大多数机床系统而言，由于其传动系统的转动惯量比较大，其响应特性也较低，这使得变速切削难以实现较大的速度变化量和变化率。此外，当机床系统的动刚度很低时，变速切削不但无法抑制颤振，甚至会使颤振加剧，变速切削法抑制颤振在实际应用中还是受到一定的限制的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法，该基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法需要结合一下组件：刀具、刀架杆、调控筒体、加速度计、励磁线圈、安装支杆，刀架杆设置四个并等角度分布在刀具的外壁上，刀架杆的一端插在调控筒体内腔，调控筒体内部预先输入磁流变液，调控筒体的外壁上缠绕励磁线圈，加速度计贴附在刀具的外壁上，加速度计对刀具的振动情况检测，安装支杆连接在调控筒体的侧壁上，刀具、安装支杆均固定安装在同一安装板上；

S1：加速度计对刀具的振动情况实时检测，加速度计外接控制器，控制器与励磁线圈连接，控制励磁线圈所在电路的通电和断电，加速度计检测的振动频率、振幅输出至控制器，通过控制器判断刀具的振动情况是否需要调整；

S2：刀具对被加工物料表面切削，刀具作用在被加工物料的外表面，被加工物料对刀具具有反作用力，使得刀具振动，当控制器判断需要对刀具加固减小振动时，控制器控制励磁线圈通电，励磁线圈通电后产生磁场，磁场对调控筒体内部的磁流变液作用，使得磁流变液固化对刀架杆进行固定作用，使得四个刀架杆对刀具加固。

优选的，所述控制器内预先设定调控程序和正常振动频率、振幅值域，加速度计检测到刀具的振动频率、振幅与正常振动频率、振幅值域对照，检测刀具的振动频率、振幅在正常振动频率、振幅值域内，视为振动正常，否则，刀具振动非正常。

优选的，所述调控筒体的侧壁中部开设有通槽，所述刀架杆贯穿通槽并延伸至调控筒体的内部，所述通槽内嵌入有弹性密封圈，所述弹性密封圈贴附在刀架杆的外壁上。

优选的，所述调控筒体的侧壁上下侧分别设置有进口和出口，所述进口和出口均与调控筒体的内腔连通。

优选的，所述调控筒体的内腔设置有隔板，所述隔板将调控筒体的内腔分隔为调节仓和存放仓，磁流变液置于存放仓内，调节仓内设置伸缩调节机构，所述伸缩调节机构的两端分别与控筒体的内壁和隔板连接，通过伸缩调节机构的伸缩调节存放仓的有效容积。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)通过加速度计的设置，能够对刀具的振动状态实时监测，从而能够对刀具的状态掌握，在需要调控时及时介入，避免对刀具及被加工物料造成损坏；

2)通过调控筒体、刀架杆、磁流变液、励磁线圈的配合作用，在励磁线圈产生磁场时，使得磁流变液快速固化，使得刀架杆与调控筒体之间连接固定，对刀具起到加固的作用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明刀具、刀架杆之间的连接结构示意图；

图3为本发明调控筒体的结构示意图。

图中：1被加工物料、2刀具、3刀架杆、4调控筒体、5加速度计、6励磁线圈、7安装支杆、8弹性密封圈、9进口、10出口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法，该基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法需要结合一下组件：刀具2、刀架杆3、调控筒体4、加速度计5、励磁线圈6、安装支杆7，刀架杆3设置四个并等角度分布在刀具2的外壁上，刀架杆3的一端插在调控筒体4内腔，调控筒体4内部预先输入磁流变液，调控筒体4的外壁上缠绕励磁线圈6，加速度计5贴附在刀具2的外壁上，加速度计5对刀具2的振动情况检测，安装支杆7连接在调控筒体4的侧壁上，刀具2、安装支杆7均固定安装在同一安装板上；

S1：加速度计5对刀具2的振动情况实时检测，加速度计5外接控制器，控制器与励磁线圈6连接，控制励磁线圈6所在电路的通电和断电，加速度计5检测的振动频率、振幅输出至控制器，通过控制器判断刀具2的振动情况是否需要调整；

S2：刀具2对被加工物料1表面切削，刀具2作用在被加工物料1的外表面，被加工物料1对刀具2具有反作用力，使得刀具2振动，当控制器判断需要对刀具2加固减小振动时，控制器控制励磁线圈6通电，励磁线圈6通电后产生磁场，磁场对调控筒体4内部的磁流变液作用，使得磁流变液固化对刀架杆3进行固定作用，使得四个刀架杆3对刀具2加固。

磁流变液是由微米级可磁化颗粒均匀分散在特定载体母液和添加剂中所形成的特殊悬浮体系.在外加磁场作用下,表现出非牛顿流体的特性,在毫秒级时间内从自由流动的液体转变为半固体甚至固体,呈现出强烈的可控流变特性。

磁流变液主要由分散颗粒——分散质、基液——分散介质、添加剂(稳定剂)组成。

磁性颗粒:制备MRF的软磁性颗粒,一般有羰基铁粉、Fe3O4、钴粉、铁钴合金及镍锌合金、复合软磁性颗粒等。

磁流变液的分散颗粒包括磁性颗粒和非磁性颗粒两种,形状主要是微米和纳米级的球形椭球形、柱形、哑铃形、正六边形颗粒。①磁性颗粒主要含有Fe3O4、Fe3N、Fe、Co、Ni等微粒,铁钴合金磁饱和度最大,达到2.4T,实际应用最多的是羰基铁粉和纯铁粉,其磁饱和度大约为2.1T；②非磁性颗粒主要有聚合物颗粒和无机非金属颗粒,如聚苯乙烯和硅石颗粒。

基液:基液是软磁性颗粒所能悬浮的连续媒介,是磁流变液的重要组成成分。

如合成油、矿物油、水等液体都可以作为载液。

报道了用胶体作为载液,制备出一种磁流变弹性体。Fuchs等人以聚合胶体为载液制备出了一种磁流变聚合胶体。

添加剂:添加剂包括分散剂和防沉降剂等,其作用主要是改善MRF的沉降稳定性、再分散性、零场黏度和剪切屈服强度。

分散剂主要有:油酸及油酸盐、环烷酸盐、磺酸盐(或酯)、磷酸盐(或酯)、硬脂酸及其盐、单油酸丙三醇、脂肪醇、二氧化硅等。

防沉降剂主要有:高分子聚合物、亲水的硅树脂低聚物、有机金属硅共聚物、超细无定形硅胶以及有机黏土和含氢键的低聚物等。

此外,Chin用纳米级的磁性颗粒盐、单油酸丙三醇、脂肪醇、二氧化硅等。防沉降剂主要有:高分子聚合物、亲水的硅树脂低聚物、有机金属硅共聚物、超细无定形硅胶以及有机黏土和含氢键的低聚物等。

进一步地，所述控制器内预先设定调控程序和正常振动频率、振幅值域，加速度计5检测到刀具2的振动频率、振幅与正常振动频率、振幅值域对照，检测刀具2的振动频率、振幅在正常振动频率、振幅值域内，视为振动正常，否则，刀具2振动非正常。

进一步地，所述调控筒体4的侧壁中部开设有通槽，所述刀架杆3贯穿通槽并延伸至调控筒体4的内部，所述通槽内嵌入有弹性密封圈8，所述弹性密封圈8贴附在刀架杆3的外壁上。

进一步地，所述调控筒体4的侧壁上下侧分别设置有进口9和出口10，所述进口9和出口10均与调控筒体4的内腔连通。

进一步地，所述调控筒体4的内腔设置有隔板，所述隔板将调控筒体4的内腔分隔为调节仓和存放仓，磁流变液置于存放仓内，调节仓内设置伸缩调节机构，所述伸缩调节机构的两端分别与控筒体4的内壁和隔板连接，通过伸缩调节机构的伸缩调节存放仓的有效容积。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法，其特征在于：该基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法需要结合一下组件：刀具(2)、刀架杆(3)、调控筒体(4)、加速度计(5)、励磁线圈(6)、安装支杆(7)，刀架杆(3)设置四个并等角度分布在刀具(2)的外壁上，刀架杆(3)的一端插在调控筒体(4)内腔，调控筒体(4)内部预先输入磁流变液，调控筒体(4)的外壁上缠绕励磁线圈(6)，加速度计(5)贴附在刀具(2)的外壁上，加速度计(5)对刀具(2)的振动情况检测，安装支杆(7)连接在调控筒体(4)的侧壁上，刀具(2)、安装支杆(7)均固定安装在同一安装板上；

S1：加速度计(5)对刀具(2)的振动情况实时检测，加速度计(5)外接控制器，控制器与励磁线圈(6)连接，控制励磁线圈(6)所在电路的通电和断电，加速度计(5)检测的振动频率、振幅输出至控制器，通过控制器判断刀具(2)的振动情况是否需要调整；

S2：刀具(2)对被加工物料(1)表面切削，刀具(2)作用在被加工物料(1)的外表面，被加工物料(1)对刀具(2)具有反作用力，使得刀具(2)振动，当控制器判断需要对刀具(2)加固减小振动时，控制器控制励磁线圈(6)通电，励磁线圈(6)通电后产生磁场，磁场对调控筒体(4)内部的磁流变液作用，使得磁流变液固化对刀架杆(3)进行固定作用，使得四个刀架杆(3)对刀具(2)加固。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法，其特征在于：所述控制器内预先设定调控程序和正常振动频率、振幅值域，加速度计(5)检测到刀具(2)的振动频率、振幅与正常振动频率、振幅值域对照，检测刀具(2)的振动频率、振幅在正常振动频率、振幅值域内，视为振动正常，否则，刀具(2)振动非正常。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法，其特征在于：所述调控筒体(4)的侧壁中部开设有通槽，所述刀架杆(3)贯穿通槽并延伸至调控筒体(4)的内部，所述通槽内嵌入有弹性密封圈(8)，所述弹性密封圈(8)贴附在刀架杆(3)的外壁上。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法，其特征在于：所述调控筒体(4)的侧壁上下侧分别设置有进口(9)和出口(10)，所述进口(9)和出口(10)均与调控筒体(4)的内腔连通。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的变阻尼变刚度铣削刀架的切削颤振抑制方法，其特征在于：所述调控筒体(4)的内腔设置有隔板，所述隔板将调控筒体(4)的内腔分隔为调节仓和存放仓，磁流变液置于存放仓内，调节仓内设置伸缩调节机构，所述伸缩调节机构的两端分别与控筒体(4)的内壁和隔板连接，通过伸缩调节机构的伸缩调节存放仓的有效容积。

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