CN114535631B - 一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆 - Google Patents

Abstract

一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆，它涉及切削加工技术领域。本发明为解决现有镗杆在加工过程中产生的振动对加工精度及加工效率造成影响的问题。本发明包括刀头连接块、线圈、缸体、杆身、缸盖、悬臂梁、铁芯、伸缩杆、滑块、丝杆、步进电机和控制系统，缸体插装在镗杆空腔内，铁芯设置在缸体内且与缸体内侧壁之间设有间隙，铁芯套装固接在悬臂梁后端的端部，铁芯的外侧嵌装有线圈，缸体内填充有磁流变液，伸缩杆插装在杆身内，伸缩杆的前端设置在镗杆空腔内且与缸体的后端垂直固接，丝杆的前端与滑块的后端螺纹连接，丝杆的后端与步进电机的输出轴固接，伸缩杆的后端设置在凹槽内且与滑块的前端固接。本发明用于镗削加工。

Description

一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆

技术领域

本发明涉及切削加工技术领域，具体涉及一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆。

背景技术

在金属切削加工中，内孔加工约占加工总量的33％，其中超深孔加工多涉及关系到航空航天、能源装备等重大领域。

镗刀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影响较为复杂，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。众所周知的，构件自身的刚度越大，工作时产生的振动就越小；构件自身的阻尼越大，工作时产生的振动就越小。现有的减振镗刀中，已研发出通过调节镗杆自身的刚度或调节阻尼大小实现镗刀减振，但是多数均采用其中一种调节方式进行单一调节，因此目前还没有一种能够同时兼顾利用变刚度变阻尼来实现减振的镗刀。

发明内容

本发明为了解决现有镗杆在加工过程中产生的振动对加工精度及加工效率造成影响的问题，进而提出一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆包括刀头连接块、线圈、缸体、杆身、缸盖、悬臂梁、铁芯、伸缩杆、滑块、丝杆、步进电机和控制系统，杆身前端面的中部设有镗杆空腔，刀头连接块的后侧端插装在镗杆空腔的空腔口内，悬臂梁的前端与刀头连接块后侧端面的中部垂直固接，缸体插装在镗杆空腔内，缸体的前端固接有缸盖，悬臂梁的后端穿过缸盖后延伸到缸体的内部，铁芯设置在缸体内且与缸体内侧壁之间设有间隙，铁芯套装固接在悬臂梁后端的端部，铁芯的外侧嵌装有线圈，线圈沿铁芯的圆周方向缠绕设置，缸体内填充有磁流变液，伸缩杆插装在杆身内，伸缩杆的前端设置在镗杆空腔内且与缸体的后端垂直固接，杆身后端面的中部设有凹槽，步进电机固接在凹槽的槽口，滑块和丝杆均设置在凹槽内，滑块与凹槽的槽壁滑动连接，丝杆的前端与滑块的后端螺纹连接，丝杆的后端与步进电机的输出轴固接，伸缩杆的后端设置在凹槽内且与滑块的前端固接，步进电机和线圈分别通过连接线与控制系统电连接。

进一步地，所述铁芯的外侧套装有橡胶套一。

进一步地，所述缸体的外侧套装有橡胶套二。

进一步地，所述缸盖与悬臂梁之间设有密封圈二。

进一步地，所述缸盖与缸体之间螺纹固接。

进一步地，所述缸盖与缸体之间设有密封圈一。

进一步地，所述缸盖的前端面上设有注入孔，注入孔内旋装有螺栓。

进一步地，所述缸体的后端面上设有通孔，杆身的内部设有L形孔，L形孔的前端与镗杆空腔的空腔底连通，与线圈连接的连接线经过通孔和L形孔后与控制系统连接。

进一步地，所述通孔和L形孔填充有封闭胶。

进一步地，所述凹槽的截面形状为矩形，滑块的截面形状为矩形。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

本发明提供了一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆，调整镗杆刚度时，控制系统通过对步进电机的控制，实现滑块的前后移动，进而带动缸体进行前后移动，从而改变缸盖与铁芯之间的悬臂梁的长度，进而达到调整镗杆刚度的目的，在满足加工需求的前提下，最大限度的减少镗杆振动；同时控制系统向线圈通入电流时，磁流变液会变成类固体状态，阻碍铁芯的振动，改变了镗杆的阻尼，从而提高了工件的加工精度，提高了镗床的加工效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中的A-A向视图；

图3是图1中的B-B向视图；

图4是本发明中缸体7前端面的结构示意图；

图5是本发明中缸盖9后端面的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆包括刀头连接块2、线圈6、缸体7、杆身8、缸盖9、悬臂梁12、铁芯13、伸缩杆15、滑块16、丝杆17、步进电机18和控制系统19，杆身8前端面的中部设有镗杆空腔8-1，刀头连接块2的后侧端插装在镗杆空腔8-1的空腔口内，悬臂梁12的前端与刀头连接块2后侧端面的中部垂直固接，缸体7插装在镗杆空腔8-1内，缸体7的前端固接有缸盖9，悬臂梁12的后端穿过缸盖9后延伸到缸体7的内部，铁芯13设置在缸体7内且与缸体7内侧壁之间设有间隙，铁芯13套装固接在悬臂梁12后端的端部，铁芯13的外侧嵌装有线圈6，线圈6沿铁芯13的圆周方向缠绕设置，缸体7内填充有磁流变液4，伸缩杆15插装在杆身8内，伸缩杆15的前端设置在镗杆空腔8-1内且与缸体7的后端垂直固接，杆身8后端面的中部设有凹槽8-2，步进电机18固接在凹槽8-2的槽口，滑块16和丝杆17均设置在凹槽8-2内，滑块16与凹槽8-2的槽壁滑动连接，丝杆17的前端与滑块16的后端螺纹连接，丝杆17的后端与步进电机18的输出轴固接，伸缩杆15的后端设置在凹槽8-2内且与滑块16的前端固接，步进电机18和线圈6分别通过连接线与控制系统19电连接。

所述刀头连接块2的后侧端与镗杆空腔8-1的空腔口螺纹连接。

所述悬臂梁12上通过焊接固定铁芯13，悬臂梁12焊接在刀头连接块2的中心处，缸体7后侧中心焊接伸缩杆15。

所述控制系统19设置在杆身8的外侧。控制系统19包括电源和电源控制器，电源控制器可以控制电源的开关、电源输出的电压大小和电流的流向。从而可以控制步进电机18的输出轴旋转方向和线圈6的输入电流的大小。

所述镗刀的刀头1固接在刀头连接块2的前端面上。

所述缸体7的材质为铁材质。

具体实施方式二：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述铁芯13的外侧套装有橡胶套一14。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

所述橡胶套一14套入铁芯13的外侧，保护线圈6不被磁流变液4所影响。

具体实施方式三：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述缸体7的外侧套装有橡胶套二5。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式所述在缸体7的外侧固定连接橡胶套二5，保证整个缸体7能在镗杆空腔8-1中滑动。

具体实施方式四：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述缸盖9与悬臂梁12之间设有密封圈二11。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

所述缸盖9的中心设有中心孔，悬臂梁12插装在中心孔内，密封圈二11设置在中心孔中。

具体实施方式五：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述缸盖9与缸体7之间螺纹固接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述缸盖9与缸体7之间设有密封圈一3。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。

本实施方式中的密封圈一3可以实现缸盖9与缸体7之间的有效密封。

具体实施方式七：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述缸盖9的前端面上设有注入孔9-1，注入孔9-1内旋装有螺栓10。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

本实施方式中注入磁流变液4时，磁流变液4经由注入孔9-1注入，注满缸体7后，将螺栓10旋装上，防止磁流变液4泄漏。所述注入孔9-1的数量为两个。

具体实施方式八：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述缸体7的后端面上设有通孔7-1，杆身8的内部设有L形孔8-3，L形孔8-3的前端与镗杆空腔8-1的空腔底连通，与线圈6连接的连接线经过通孔7-1和L形孔8-3后与控制系统19连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

线圈6中的连接线首先在安装橡胶圈一14时将连接线引出，在连接线周围涂封闭胶，之后线圈6中的连接线穿过磁流变液4，线圈6的连接线经过通孔7-1和L形孔8-3后与控制系统19连接，完成引线。

具体实施方式九：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述通孔7-1和L形孔8-3填充有封闭胶。其它组成和连接方式与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述凹槽8-2的截面形状为矩形，滑块16的截面形状为矩形。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

工作原理

镗杆变刚度的控制流程：

当控制系统19控制步进电机18顺时针旋转时，通过螺纹配合滑块16向左移动，从而带动伸缩杆15、缸体7、缸盖9和橡胶圈二5向左移动，缸体7相对悬臂梁12向左移动，此时缸盖9和铁芯13之间的悬臂梁12长度增加，减小了悬臂梁12的刚度。

当控制系统19控制步进电机18逆时针旋转时，通过螺纹配合滑块16向右移动，从而带动伸缩杆15、缸体7、缸盖9和橡胶圈二5向右移动，缸体7相对悬臂梁12向右移动，此时缸盖9和铁芯13之间的悬臂梁12长度减小，增大了悬臂梁12的刚度。

镗杆变阻尼的控制流程：

外部磁场施加到磁流变液上，铁磁颗粒迅速被磁化为偶极子，并形成与磁场平行的链式结构，磁流变液从牛顿流体状态变成了类固体状态，整个过程耗时大概在毫秒量级。磁场强度不同，链化程度不同，磁流变液所呈现出的状态和性能也不一样。上述变化过程是可逆的，当外部磁场消失，链式结构消失，磁流变液又迅速恢复到牛顿流体状态。

当控制系统19向线圈6施加电流时，在缸体7内侧与橡胶圈一14之间的磁流变液4从牛顿流体状态变成了类固体状态，此时阻碍铁芯13的振动，改变了镗杆的阻尼。当线圈6中电流的增大时，磁流变液4的类固体状态程度增强，阻碍铁芯13的振动越明显。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆，其特征在于：它包括刀头连接块(2)、线圈(6)、缸体(7)、杆身(8)、缸盖(9)、悬臂梁(12)、铁芯(13)、伸缩杆(15)、滑块(16)、丝杆(17)、步进电机(18)和控制系统(19)，杆身(8)前端面的中部设有镗杆空腔(8-1)，刀头连接块(2)的后侧端插装在镗杆空腔(8-1)的空腔口内，悬臂梁(12)的前端与刀头连接块(2)后侧端面的中部垂直固接，缸体(7)插装在镗杆空腔(8-1)内，缸体(7)的前端固接有缸盖(9)，悬臂梁(12)的后端穿过缸盖(9)后延伸到缸体(7)的内部，铁芯(13)设置在缸体(7)内且与缸体(7)内侧壁之间设有间隙，铁芯(13)套装固接在悬臂梁(12)后端的端部，铁芯(13)的外侧嵌装有线圈(6)，线圈(6)沿铁芯(13)的圆周方向缠绕设置，缸体(7)内填充有磁流变液(4)，伸缩杆(15)插装在杆身(8)内，伸缩杆(15)的前端设置在镗杆空腔(8-1)内且与缸体(7)的后端垂直固接，杆身(8)后端面的中部设有凹槽(8-2)，步进电机(18)固接在凹槽(8-2)的槽口，滑块(16)和丝杆(17)均设置在凹槽(8-2)内，滑块(16)与凹槽(8-2)的槽壁滑动连接，丝杆(17)的前端与滑块(16)的后端螺纹连接，丝杆(17)的后端与步进电机(18)的输出轴固接，伸缩杆(15)的后端设置在凹槽(8-2)内且与滑块(16)的前端固接，步进电机(18)和线圈(6)分别通过连接线与控制系统(19)电连接；

所述缸体(7)的外侧套装有橡胶套二(5)。

2.根据权利要求1所述一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆，其特征在于：所述铁芯(13)的外侧套装有橡胶套一(14)。

3.根据权利要求1所述一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆，其特征在于：所述缸盖(9)与悬臂梁(12)之间设有密封圈二(11)。

4.根据权利要求1所述一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆，其特征在于：所述缸盖(9)与缸体(7)之间螺纹固接。

5.根据权利要求4所述一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆，其特征在于：所述缸盖(9)与缸体(7)之间设有密封圈一(3)。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆，其特征在于：所述缸盖(9)的前端面上设有注入孔(9-1)，注入孔(9-1)内旋装有螺栓(10)。

7.根据权利要求1所述一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆，其特征在于：所述缸体(7)的后端面上设有通孔(7-1)，杆身(8)的内部设有L形孔(8-3)，L形孔(8-3)的前端与镗杆空腔(8-1)的空腔底连通，与线圈(6)连接的连接线经过通孔(7-1)和L形孔(8-3)后与控制系统(19)连接。

8.根据权利要求7所述一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆，其特征在于：所述通孔(7-1)和L形孔(8-3)填充有封闭胶。

9.根据权利要求1所述一种变刚度变阻尼磁流变液减振镗杆，其特征在于：所述凹槽(8-2)的截面形状为矩形，滑块(16)的截面形状为矩形。

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