CN113814432A - 刚度与阻尼可调式减振镗杆及控制方法 - Google Patents

刚度与阻尼可调式减振镗杆及控制方法 Download PDF

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Abstract

刚度与阻尼可调式减振镗杆及控制方法，属于金属切削加工技术领域，本发明为解决镗杆振动控制的问题。本发明减振镗杆包括镗杆、刀头连接件、悬臂梁、质量块、铁块和电磁铁，镗杆设置有前端开口空腔，该空腔的前端开口处设置有刀头连接件，悬臂梁的固定端设置于刀头连接件内壁中心点，质量块为具有中心通孔的圆柱形，质量块左端套设在悬臂梁的悬空端，并可沿悬臂梁轴向移动，质量块右端面设置铁块，电磁铁与铁块同轴相对设置，且二者之间存在轴向间隙，电磁铁通电后与铁块之间产生吸力，进而实现阻尼减振，通过控制电磁铁两端电压值来调节阻尼大小。

Description

刚度与阻尼可调式减振镗杆及控制方法
技术领域
本发明涉及镗杆减振技术，属于金属切削加工技术领域。
背景技术
在金属切削加工中，内孔加工约占加工总量的33％。20世纪以前，超深孔加工技术多应用于保密的军工领域，且因加工难度大，加工成本高而闻名于整个制造业。进入21世纪后，随着科学技术的飞速发展，超深孔类零件在军用、民用领域得到了广泛的应用，其中多涉及关系国防与民生的军工、航空航天、能源装备等重大领域。
镗杆广泛应用于深孔加工。然而，由于镗杆悬臂梁结构的刚度较低，当镗杆长径比较大时，经常会发生振动。且在镗削加工过程中，由于镗杆需要伸入到工件内部进行加工，工作条件封闭无法直接观测到镗杆实时的加工状态，镗杆和工件的接触在振动、切削热和切削力的作用下较为复杂，而镗杆的加工状态较差时，会对工件的表面质量造成损害，对工件的尺寸精度以及镗床的加工效率产生一定的影响。
发明内容
本发明目的是为了解决镗杆振动控制的问题，提出了一种刚度与阻尼可调式减振镗杆及控制方法。
本发明所述刚度与阻尼可调式减振镗杆，包括镗杆6、刀头连接件2、悬臂梁3、质量块4、铁块5和电磁铁7，
镗杆6设置有前端开口空腔，该空腔的前端开口处设置有刀头连接件2，悬臂梁3的固定端设置于刀头连接件2内壁中心点，质量块4为具有中心通孔的圆柱形，质量块4左端套设在悬臂梁3的悬空端，并可沿悬臂梁3轴向移动，质量块4右端面设置铁块5，
电磁铁7与铁块5同轴相对设置，且二者之间存在轴向间隙，电磁铁7通电后与铁块5之间产生吸力，进而实现阻尼减振，通过控制电磁铁7两端电压值来调节阻尼大小。
优选地，还包括质量块锁定单元12，所述质量块锁定单元12为压电伸缩结构，质量块锁定单元12包括周向均布的四组单元，每个单元包括安装座、压电晶体和弧形压头，安装座固定在质量块4的左端面上，压电晶体固定于安装座上，压电晶体的端部设置有弧形压头，压电晶体通电或断电引起伸缩变化，进而带动弧形压头顶压或离开悬臂梁3，实现抱紧或松开悬臂梁3操作。
优选地，还包括伸缩杆8、滑块9、丝杆10和步进电机11，
镗杆6尾端内部设置有尾端空腔，尾端空腔和前端开口空腔之间的镗杆设有连通孔，伸缩杆8插入该连通孔且两端从孔中伸出，伸缩杆8的首端与电磁铁7螺纹连接，伸缩杆8的尾端与滑块9的首端连接，滑块9的尾端套设在丝杆10上，步进电机11设置在镗杆6的尾端，步进电机11通过丝杆10驱动滑块9在尾端空腔内左右移动。
优选地，伸缩杆8具有轴向走线腔、两端具有进线通孔，尾端空腔的侧壁具有出线孔；
电磁铁7的电线和质量块锁定单元12的电线通过伸缩杆8首端的进线通孔、轴向走线腔、尾端的进线通孔进入尾端空腔，再从尾端空腔的出线孔引至镗杆外部。
优选地，电磁铁7与铁块5的轴向间隙选取为1mm。
本发明还提供另一个技术方案：一种镗杆刚度调节控制方法，该方法为：
S1、质量块锁定单元12松开悬臂梁3，电磁铁7断电；
S2、步进电机11工作，推动滑块9向左移，通过伸缩杆8带动电磁铁7向左移；
S3、在电磁铁7与铁块5相碰顶压后进一步向左移，直至质量块4移至不能再移动为止；
S4、电磁铁7通电，吸附铁块5带动质量块4向右移动，直至预定位置，所述预定位置为与预定刚度匹配的位置；
S5、步进电机11停止工作，令质量块锁定单元12抱紧悬臂梁3，实现位置锁定；
S6、步进电机11重启工作，电磁铁7继续向右移动，直至与铁块5之间的距离为预定轴向工作间隙为止。
本发明的有益效果：本发明提供的镗杆可以调节刚度以满足不同工况要求。镗杆还具有减振功能，利用磁阻尼实现，本发明所述镗杆的功能调节部分均设计在镗杆内部，在不影响镗杆在深孔中加工作业的情况下强化了自身功能，有效的减缓了镗杆的振动，提高了切削效率。
附图说明
图1是本发明所述刚度与阻尼可调式减振镗杆的结构示意图；
图2是图1中镗杆首端局部放大图；
图3是图1中镗杆尾端局部放大图；
图4是图1的A-A剖视图；
图5是图1的B-B剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1～5说明本实施方式，本实施方式所述刚度与阻尼可调式减振镗杆，包括镗杆6、刀头连接件2、悬臂梁3、质量块4、铁块5和电磁铁7，
镗杆6设置有前端开口空腔，该空腔的前端开口处设置有刀头连接件2，刀头连接件2用于安装刀头1，悬臂梁3的固定端设置于刀头连接件2内壁中心点，质量块4为具有中心通孔的圆柱形，质量块4左端套设在悬臂梁3的悬空端，并可沿悬臂梁3轴向移动，质量块4右端面设置铁块5，
电磁铁7与铁块5同轴相对设置，且二者之间存在轴向间隙，电磁铁7通电后与铁块5之间产生吸力，进而实现阻尼减振，通过控制电磁铁7两端电压值来调节阻尼大小。
质量块4左端开口，右端封闭，并套在悬臂梁3上，沿左右滑动来调节在悬臂梁3上的位置，当确定位置后，需要锁定，锁定位置采用质量块锁定单元12来实现，所述质量块锁定单元12为压电伸缩结构，质量块锁定单元12包括周向均布的四组单元，每个单元包括安装座、压电晶体和弧形压头，安装座固定在质量块4的左端面上，压电晶体固定于安装座上，压电晶体的端部设置有弧形压头，压电晶体通电或断电引起伸缩变化，进而带动弧形压头顶压或离开悬臂梁3，实现抱紧或松开悬臂梁3操作。需要锁定时，令四组单元的压电晶体通电，压电晶体伸长，直至四个弧形压头同步顶压在悬臂梁3上为止，实现抱紧操作，则质量块4与悬臂梁3相对位置被锁定。同理，需要再移动质量块4时，断电，压电晶体缩回，四个弧形压头离开悬臂梁3，实现松开操作。
质量块4沿悬臂梁3左右移动位置是为了改变镗杆的刚度，向左移则刚度变大，向右移则刚度变小，根据实际需求刚度可计算出质量块4在悬臂梁3上的位置，进而移动质量块4到设定位置即可实现刚度的调节。
为了实现质量块移动，本实施方式有镗杆内部设置了用于移动的设备：包括伸缩杆8、滑块9、丝杆10和步进电机11，
镗杆6尾端内部设置有尾端空腔，尾端空腔和前端开口空腔之间的镗杆设有连通孔，伸缩杆8插入该连通孔且两端从孔中伸出，伸缩杆8的首端与电磁铁7螺纹连接，伸缩杆8的尾端与滑块9的首端连接，滑块9的尾端套设在丝杆10上，步进电机11设置在镗杆6的尾端，步进电机11通过丝杆10驱动滑块9在尾端空腔内左右移动。步进电机11通过正转、反转的切换来实现丝杆10向左或向右的移动，进而带动伸缩杆8向左或向右的移动，伸缩杆8带动电磁铁7向左或向右的移动。
伸缩杆8具有轴向走线腔、两端具有进线通孔，尾端空腔的侧壁具有出线孔；
电磁铁7的电线和质量块锁定单元12的电线通过伸缩杆8首端的进线通孔、轴向走线腔、尾端的进线通孔进入尾端空腔，再从尾端空腔的出线孔引至镗杆外部。到外部与控制单元及电源连接。
电磁铁7与铁块5的轴向工作间隙选取为1mm。电磁铁7未通电时，与铁块5之间不存在吸力，电磁铁7通电时，与铁块5之间存在吸力。在切削加工时，若切削力传递至镗杆内部的悬臂梁3，则通过电磁阻尼的方式将该振动化解。
镗杆变阻尼的控制流程：
控制电磁铁7输入电压的大小来调节磁力的大小，改变阻尼的大小。当电磁铁7输入电压一定时，通过步进电机11的正反转，可改变电磁铁7和铁块5之间的距离，经实验二者的轴向工作间隙1mm即可。
具体实施方式二：下面结合图1～4说明本实施方式，本实施方式一种镗杆刚度调节控制方法，该方法基于实施方式一所述刚度与阻尼可调式减振镗杆实现，该方法为：
S1、质量块锁定单元12松开悬臂梁3，电磁铁7断电；
S2、步进电机11工作，推动滑块9向左移，通过伸缩杆8带动电磁铁7向左移；
S3、在电磁铁7与铁块5相碰顶压后进一步向左移，直至质量块4移至不能再移动为止；
S4、电磁铁7通电，吸附铁块5带动质量块4向右移动，直至预定位置，所述预定位置为与预定刚度匹配的位置；
S5、步进电机11停止工作，令质量块锁定单元12抱紧悬臂梁3，实现位置锁定；
S6、步进电机11重启工作，电磁铁7继续向右移动，直至与铁块5之间的距离为预定轴向工作间隙为止。

Claims (6)

1.刚度与阻尼可调式减振镗杆，其特征在于，包括镗杆(6)、刀头连接件(2)、悬臂梁(3)、质量块(4)、铁块(5)和电磁铁(7)，
镗杆(6)设置有前端开口空腔，该空腔的前端开口处设置有刀头连接件(2)，悬臂梁(3)的固定端设置于刀头连接件(2)内壁中心点，质量块(4)为具有中心通孔的圆柱形，质量块(4)左端套设在悬臂梁(3)的悬空端，并可沿悬臂梁(3)轴向移动，质量块(4)右端面设置铁块(5)，
电磁铁(7)与铁块(5)同轴相对设置，且二者之间存在轴向间隙，电磁铁(7)通电后与铁块(5)之间产生吸力，进而实现阻尼减振，通过控制电磁铁(7)两端电压值来调节阻尼大小。
2.根据权利要求1所述刚度与阻尼可调式减振镗杆，其特征在于，还包括质量块锁定单元(12)，所述质量块锁定单元(12)为压电伸缩结构，质量块锁定单元(12)包括周向均布的四组单元，每个单元包括安装座、压电晶体和弧形压头，安装座固定在质量块(4)的左端面上，压电晶体固定于安装座上，压电晶体的端部设置有弧形压头，压电晶体通电或断电引起伸缩变化，进而带动弧形压头顶压或离开悬臂梁(3)，实现抱紧或松开悬臂梁(3)操作。
3.根据权利要求2所述刚度与阻尼可调式减振镗杆，其特征在于，还包括伸缩杆(8)、滑块(9)、丝杆(10)和步进电机(11)，
镗杆(6)尾端内部设置有尾端空腔，尾端空腔和前端开口空腔之间的镗杆设有连通孔，伸缩杆(8)插入该连通孔且两端从孔中伸出，伸缩杆(8)的首端与电磁铁(7)螺纹连接，伸缩杆(8)的尾端与滑块(9)的首端连接，滑块(9)的尾端套设在丝杆(10)上，步进电机(11)设置在镗杆(6)的尾端，步进电机(11)通过丝杆(10)驱动滑块(9)在尾端空腔内左右移动。
4.根据权利要求3所述刚度与阻尼可调式减振镗杆，其特征在于，伸缩杆(8)具有轴向走线腔、两端具有进线通孔，尾端空腔的侧壁具有出线孔；
电磁铁(7)的电线和质量块锁定单元(12)的电线通过伸缩杆(8)首端的进线通孔、轴向走线腔、尾端的进线通孔进入尾端空腔，再从尾端空腔的出线孔引至镗杆外部。
5.根据权利要求1所述刚度与阻尼可调式减振镗杆，其特征在于，电磁铁(7)与铁块(5)的轴向间隙选取为1mm。
6.一种镗杆刚度调节控制方法，该方法基于权利要求1～4任一权利要求所述刚度与阻尼可调式减振镗杆实现，其特征在于，该方法为：
S1、质量块锁定单元(12)松开悬臂梁(3)，电磁铁(7)断电；
S2、步进电机(11)工作，推动滑块(9)向左移，通过伸缩杆(8)带动电磁铁(7)向左移；
S3、在电磁铁(7)与铁块(5)相碰顶压后进一步向左移，直至质量块(4)移至不能再移动为止；
S4、电磁铁(7)通电，吸附铁块(5)带动质量块(4)向右移动，直至预定位置，所述预定位置为与预定刚度匹配的位置；
S5、步进电机(11)停止工作，令质量块锁定单元(12)抱紧悬臂梁(3)，实现位置锁定；
S6、步进电机(11)重启工作，电磁铁(7)继续向右移动，直至与铁块(5)之间的距离为预定轴向工作间隙为止。
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