CN114535633B - 一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆 - Google Patents

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Abstract

一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，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、步进电机、外壳、电磁铁三、杆身、支撑套、套筒、矩形悬臂梁、控制系统和多个抱闸组件，支撑套插装在镗杆空腔的前端内，步进电机的输出轴与矩形悬臂梁的前端固接，套筒套装在矩形悬臂梁的前端，外壳设置在支撑套后端的内侧壁与套筒的外侧壁之间，外壳的内侧壁沿圆周方向均布设有多个凹槽，每个抱闸组件分别设置在一个凹槽内，电磁铁三固接在镗杆空腔的空腔底，控制系统设置在杆身的外侧，步进电机、抱闸组件和电磁铁三分别通过连接线与控制系统电连接。本发明用于镗削加工。

Description

一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆
技术领域
本发明涉及切削加工技术领域，具体涉及一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆。
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，进而提出一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆包括刀头连接块、步进电机、外壳、电磁铁三、杆身、支撑套、套筒、矩形悬臂梁、控制系统和多个抱闸组件，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，支撑套插装在镗杆空腔的前端内，步进电机固接在支撑套前端的内侧壁上，步进电机的输出轴与矩形悬臂梁的前端固接，套筒套装在矩形悬臂梁的前端，外壳设置在支撑套后端的内侧壁与套筒的外侧壁之间，外壳的内侧壁沿圆周方向均布设有多个凹槽，每个抱闸组件分别设置在一个凹槽内，电磁铁三固接在镗杆空腔的空腔底，矩形悬臂梁的后端靠近电磁铁三设置，控制系统设置在杆身的外侧，步进电机、抱闸组件和电磁铁三分别通过连接线与控制系统电连接。
进一步地，所述矩形悬臂梁后端的端部套装固接有质量块。
进一步地，所述外壳的前端面上固接有前盖，外壳的后端面上固接有外壳盖。
进一步地，所述凹槽沿外壳的径向方向设置。
进一步地，所述抱闸组件包括电磁铁二、电磁铁一和抱块，电磁铁一固接在凹槽的槽底，抱块设置在凹槽的槽口，电磁铁二设置在电磁铁一与抱块之间，且与抱块的外侧壁固接，电磁铁二和电磁铁一分别通过连接线与控制系统电连接。
进一步地，所述抱块内侧壁的形状为圆弧状，且抱块内侧壁的圆弧直径与套筒的外径相同。
进一步地，所述电磁铁二和电磁铁一的形状均为长条状，电磁铁三的形状为圆形。
进一步地，所述步进电机的输出轴垂直插装在矩形悬臂梁前端面的中部，套筒、矩形悬臂梁和步进电机的输出轴之间通过两个销固接。
进一步地，所述外壳和套筒均为绝缘材质制作的外壳和套筒。
进一步地，所述刀头连接块的后侧端与镗杆空腔的空腔口螺纹连接。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
本发明提供了一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，调整镗杆刚度时，控制系统对抱闸组件通同向直流电，抱闸组件向外侧移动，同时控制系统控制步进电机转动，改变悬臂梁角度，进而改变镗杆的刚度，刚度调整好后，控制系统对抱闸组件通异向直流电，抱闸组件向内侧移动对套筒产生压力，防止加工过程中悬臂梁角度发生改变，起到抱死作用，防止加工过程中镗杆的刚度发生改变，以此来实现通过调整镗杆的刚度达到镗杆减振的目的。此外控制系统可控制电磁铁三输入电压的大小来调节磁力的大小，以此改变镗杆的阻尼，进而达到镗杆减振的目的，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是本发明中悬臂梁15前端面的示意图；
图5是本发明中步进电机3的端面示意图；
图6是本发明中夹角α与矩形悬臂梁15的刚度之间的关系曲线图；
图7是本发明中矩形悬臂梁15的阻尼与电磁铁三9的输入电压之间的关系曲线图。
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旋转式变刚度变阻尼减振镗杆包括刀头连接块2、步进电机3、外壳4、电磁铁三9、杆身10、支撑套11、套筒14、矩形悬臂梁15、控制系统16和多个抱闸组件，杆身10前端面的中部设有镗杆空腔10-1，刀头连接块2的后侧端插装在镗杆空腔10-1的空腔口内，支撑套11插装在镗杆空腔10-1的前端内，步进电机3固接在支撑套11前端的内侧壁上，步进电机3的输出轴与矩形悬臂梁15的前端固接，套筒14套装在矩形悬臂梁15的前端，外壳4设置在支撑套11后端的内侧壁与套筒14的外侧壁之间，外壳4的内侧壁沿圆周方向均布设有多个凹槽4-1，每个抱闸组件分别设置在一个凹槽4-1内，电磁铁三9固接在镗杆空腔10-1的空腔底，矩形悬臂梁15的后端靠近电磁铁三9设置，控制系统16设置在杆身10的外侧，步进电机3、抱闸组件和电磁铁三9分别通过连接线与控制系统16电连接。
所述矩形悬臂梁15的截面形状为矩形。
在加工之前首先根据工件的硬度调整镗杆的刚度，以满足加工需求的同时可以最大程度的减小振动。调整镗杆刚度时，控制系统16对抱闸组件通同向直流电，抱闸组件向外侧移动，同时控制系统16控制步进电机3转动，改变矩形悬臂梁15角度，进而改变镗杆的刚度，刚度调整好后，控制系统16对抱闸组件通异向直流电，抱闸组件向内侧移动对套筒14产生压力，防止加工过程中矩形悬臂梁15角度发生改变，起到抱死作用，防止加工过程汇总镗杆的刚度发生改变，以此来实现通过调整镗杆的刚度达到镗杆减振的目的。此外控制系统16可控制电磁铁三9输入电压的大小来调节磁力的大小，以此改变镗杆的阻尼，进而达到镗杆减振的目的，从而提高了工件的加工精度，提高了镗床的加工效率。
矩形悬臂梁15的截面中高度方向上的轴线与水平面之间的夹角为α，矩形悬臂梁15竖直设置时，α为90°，α的大小随矩形悬臂梁15的转动而发生改变，α与矩形悬臂梁15的刚度之间的关系，根据ansys软件进行静力学分析，可得出如图6所示的曲线图，即在一定范围内，α越大矩形悬臂梁15的刚度越大。
控制系统16可控制电磁铁三9输入电压的大小来调节磁力的大小，以此改变镗杆的阻尼，根据实验，可得出如图7所示的曲线图，即在一定范围内，电压越大矩形悬臂梁15的阻尼越大，镗杆的阻尼越大。
所述控制系统16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。
所述杆身10内设有穿线孔10-2，穿线孔10-2的内侧端与镗杆空腔10-1连通。穿线孔10-2用于连接线穿过。
所述镗刀的刀头1固接在刀头连接块2的前端面上。
所述抱闸组件的数量为四个。
具体实施方式二：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述矩形悬臂梁15后端的端部套装固接有质量块8。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
如此设计的质量块8一方面增大矩形悬臂梁15与电磁铁三9之间的对应面积，另一方面具有配重的作用，增大矩形悬臂梁15后端的重量，减少矩形悬臂梁15自身的振动。
具体实施方式三：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述外壳4的前端面上固接有前盖4-2，外壳4的后端面上固接有外壳盖7。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
如此设计便于实现抱闸组件的安装。
所述外壳盖7上设有通孔7-1，通孔7-1用于连接线穿过。
具体实施方式四：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述凹槽4-1沿外壳4的径向方向设置。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述抱闸组件包括电磁铁二5、电磁铁一6和抱块13，电磁铁一6固接在凹槽4-1的槽底，抱块13设置在凹槽4-1的槽口，电磁铁二5设置在电磁铁一6与抱块13之间，且与抱块13的外侧壁固接，电磁铁二5和电磁铁一6分别通过连接线与控制系统16电连接。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
如此设计调整镗杆刚度时，控制系统16对电磁铁二5和电磁铁一6通同向直流电，电磁铁一6和电磁铁二5之间有吸力，电磁铁一6将电磁铁二5和抱块13吸起，同时控制系统16控制步进电机3转动，改变矩形悬臂梁15角度，进而改变镗杆的刚度，刚度调整好后，控制系统16对电磁铁二5和电磁铁一6通异向直流电，电磁铁一6和电磁铁二5之间有斥力，使电磁铁二5和抱块13对套筒14产生压力，防止加工过程中矩形悬臂梁15角度发生改变，起到抱死作用，防止加工过程汇总镗杆的刚度发生改变，以此来实现通过调整镗杆的刚度达到镗杆减振的目的。
具体实施方式六：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述抱块13内侧壁的形状为圆弧状，且抱块13内侧壁的圆弧直径与套筒14的外径相同。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。
所述套筒14内侧壁的截面形状为矩形，以配合矩形悬臂梁15的形状，套筒14外侧壁的截面形状为圆形，以便于实现抱块13对其进行抱紧抱死。
具体实施方式七：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述电磁铁二5和电磁铁一6的形状均为长条状，电磁铁三9的形状为圆形。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式八：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述步进电机3的输出轴垂直插装在矩形悬臂梁15前端面的中部，套筒14、矩形悬臂梁15和步进电机3的输出轴之间通过两个销12固接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
所述步进电机3的输出轴为矩形。
具体实施方式九：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述外壳4和套筒14均为绝缘材质制作的外壳和套筒。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
如此设计以减少电磁铁二5和电磁铁一6产生的磁力的损耗。
具体实施方式十：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述刀头连接块2的后侧端与镗杆空腔10-1的空腔口螺纹连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
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 (10)

1.一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，其特征在于：它包括刀头连接块(2)、步进电机(3)、外壳(4)、电磁铁三(9)、杆身(10)、支撑套(11)、套筒(14)、矩形悬臂梁(15)、控制系统(16)和多个抱闸组件，杆身(10)前端面的中部设有镗杆空腔(10-1)，刀头连接块(2)的后侧端插装在镗杆空腔(10-1)的空腔口内，支撑套(11)插装在镗杆空腔(10-1)的前端内，步进电机(3)固接在支撑套(11)前端的内侧壁上，步进电机(3)的输出轴与矩形悬臂梁(15)的前端固接，套筒(14)套装在矩形悬臂梁(15)的前端，外壳(4)设置在支撑套(11)后端的内侧壁与套筒(14)的外侧壁之间，外壳(4)的内侧壁沿圆周方向均布设有多个凹槽(4-1)，每个抱闸组件分别设置在一个凹槽(4-1)内，电磁铁三(9)固接在镗杆空腔(10-1)的空腔底，矩形悬臂梁(15)的后端靠近电磁铁三(9)设置，控制系统(16)设置在杆身(10)的外侧，步进电机(3)、抱闸组件和电磁铁三(9)分别通过连接线与控制系统(16)电连接。
2.根据权利要求1所述一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述矩形悬臂梁(15)后端的端部套装固接有质量块(8)。
3.根据权利要求2所述一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述外壳(4)的前端面上固接有前盖(4-2)，外壳(4)的后端面上固接有外壳盖(7)。
4.根据权利要求3所述一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述凹槽(4-1)沿外壳(4)的径向方向设置。
5.根据权利要求4所述一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述抱闸组件包括电磁铁二(5)、电磁铁一(6)和抱块(13)，电磁铁一(6)固接在凹槽(4-1)的槽底，抱块(13)设置在凹槽(4-1)的槽口，电磁铁二(5)设置在电磁铁一(6)与抱块(13)之间，且与抱块(13)的外侧壁固接，电磁铁二(5)和电磁铁一(6)分别通过连接线与控制系统(16)电连接。
6.根据权利要求5所述一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述抱块(13)内侧壁的形状为圆弧状，且抱块(13)内侧壁的圆弧直径与套筒(14)的外径相同。
7.根据权利要求5所述一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述电磁铁二(5)和电磁铁一(6)的形状均为长条状，电磁铁三(9)的形状为圆形。
8.根据权利要求1所述一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述步进电机(3)的输出轴垂直插装在矩形悬臂梁(15)前端面的中部，套筒(14)、矩形悬臂梁(15)和步进电机(3)的输出轴之间通过两个销(12)固接。
9.根据权利要求1所述一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述外壳(4)和套筒(14)均为绝缘材质制作的外壳和套筒。
10.根据权利要求1所述一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述刀头连接块(2)的后侧端与镗杆空腔(10-1)的空腔口螺纹连接。
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