CN114905060A - 一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆 - Google Patents

Abstract

一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆，属于金属切削加工领域，本发明为现有应用颗粒阻尼技术的镗杆颗粒的有效碰撞率固定且不可调的问题。本发明方案：镗杆内设置阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元；阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元包括悬臂梁、阻尼颗粒、线圈、橡胶内壁和橡胶底座；橡胶内壁为圆筒形且设置于镗杆空腔内壁上，橡胶底座、橡胶内壁和刀头连接件围合成封闭区域；该封闭区域内设置有悬臂梁，该封闭区域内部分填充有阻尼颗粒；悬臂梁上沿周向绕制线圈，并通过导线引出至镗杆外后与控制单元连接；控制单元通过控制线圈中通入电流的电压值来调节悬臂梁电磁吸力大小，进而控制吸附阻尼颗粒的数量，以实现最优减振。

Description

一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆

技术领域

本发明涉及镗杆的减振技术，属于金属切削加工领域。

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。

颗粒阻尼技术是一种被动减振降噪技术，已成功应用于多个领域。但是其随着颗粒阻尼器中颗粒数目增加，结构减振效果先增强后减弱，颗粒阻尼技术应用于镗杆中，但是填入颗粒后，颗粒的有效碰撞率固定且不可调，对镗杆控制不利。

发明内容

针对现有应用颗粒阻尼技术的镗杆颗粒的有效碰撞率固定且不可调的问题，本发明提供一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆。

本发明所述一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆，包括镗杆3、阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元、控制单元11和电源10，电源10为控制单元11和阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元提供工作电源，控制单元11输出指令给阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元以实现镗杆的阻尼调节，以实现最优减振；

镗杆3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，空腔内设置阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元；

阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元包括悬臂梁8、阻尼颗粒5、线圈6、橡胶内壁4和橡胶底座7；

橡胶内壁4为圆筒形且设置于镗杆3空腔内壁上，橡胶内壁4的前端与空腔前端平齐，橡胶内壁4的后端与空腔后端存在间隙，橡胶底座7固定设置于橡胶内壁4后端开口处，橡胶底座7、橡胶内壁4和刀头连接件2围合成封闭区域；该封闭区域内设置有悬臂梁8，悬臂梁8的固定端设置于刀头连接件2内壁中心点，悬臂梁8的悬空端穿过橡胶底座7的中心孔；该封闭区域内部分填充有阻尼颗粒5；

悬臂梁8上沿周向绕制线圈6，并通过导线13引出至镗杆3外后与控制单元11连接；控制单元11通过控制线圈6中通入电流的电压值来调节悬臂梁电磁吸力大小，进而控制吸附阻尼颗粒的数量，以实现最优减振。

优选地，悬臂梁8的外圆周均布有多个线圈槽，线圈槽为周向凹槽，线圈槽中绕制有线圈6，所有线圈6通过导线13串联并引出至镗杆3外后与控制单元11连接。

优选地，悬臂梁8的外圆周还设置有轴向线槽，所述轴向线槽与所有线圈槽垂直且连通，轴向线槽用于容纳串联线圈的导线13。

优选地，镗杆3的空腔与镗杆尾端之间设置有进线通孔9，空腔中的阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元的所有导线13通过进线通孔9引出至镗杆3外。

优选地，阻尼颗粒5的填充数量占封闭区域的1/3至3/4。

优选地，还包括加速度传感器12，所述加速度传感器12贴设于靠近于刀头连接件2的镗杆3外侧壁，加速度传感器12用于监测镗杆3的振动情况，并结合阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元的电磁吸力调节实现镗杆最优电压选择。

优选地，最优减振的调节过程为：

步骤一、将镗杆3安装在镗床上，在设置好转速、切深和进给量后，采用工件旋转、镗杆进给、多次走刀的加工方式对工件进行镗削加工；

步骤二、在第一次走刀的过程中控制通入线圈6中的电流的电压值从0V步进式调至最大阈值电压Vmax，所述最大阈值电压Vmax取值范围为24V～36V，悬臂梁8电磁吸力由无吸力变为最大吸力，吸附的阻尼颗粒5数量由0变为最大数量值；在此期间，加速度传感器12接收到的加速度数据传入控制单元11，控制单元11提取出加速度最小值所对应的电压，该电压为最优电压；

步骤三、在后续镗杆加工时，控制单元11直接向线圈6中通入步骤二获取的最优电压，实现最优减振。

本发明的有益效果：本发明在镗杆内腔填入一定数量的阻尼颗粒，悬臂梁上线圈中通入电流以使悬臂梁同时具有电磁铁的功能，通过控制通入电流的电压数值来控制该电磁铁吸力大小，进而控制吸附阻尼颗粒的数量，从而控制单位空间内阻尼颗粒的有效碰撞率，达到最优减振效果。

针对现有镗杆采用阻尼颗粒减振时由于颗粒有效碰撞率固定不可调而导致对镗杆控制不利的问题，本发明设计了一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆。并且针对阻尼颗粒有效碰撞率多少对镗杆减振效果的影响不同，设计了可以调节阻尼颗粒吸附率的悬臂梁结构。当镗杆产生振动时，控制模块通过对采集到的振动信号进行分析，使控制模块对线圈进行控制，并调节悬臂梁上线圈电压达到最优值，使阻尼颗粒的有效碰撞率达到最优。从而使得镗杆得到最优的减振效果。

附图说明

图1是本发明所述一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆的结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是图2中阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元的结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图，线圈中未通电；

图5是图3的A-A剖视图，线圈中通电。

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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆，包括镗杆3、阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元、控制单元11和电源10，电源10为控制单元11和阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元提供工作电源，控制单元11输出指令给阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元以实现镗杆的阻尼调节，以实现最优减振；

镗杆3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，空腔内设置阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元；

阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元包括悬臂梁8、阻尼颗粒5、线圈6、橡胶内壁4和橡胶底座7；

橡胶内壁4为圆筒形且设置于镗杆3空腔内壁上，橡胶内壁4的前端与空腔前端平齐，橡胶内壁4的后端与空腔后端存在间隙，橡胶底座7固定设置于橡胶内壁4后端开口处，橡胶底座7、橡胶内壁4和刀头连接件2围合成封闭区域；该封闭区域内设置有悬臂梁8，悬臂梁8的固定端设置于刀头连接件2内壁中心点，悬臂梁8的悬空端穿过橡胶底座7的中心孔；该封闭区域内部分填充有阻尼颗粒5；橡胶内壁4和橡胶底座7用于缓冲阻尼颗粒5的碰撞。

悬臂梁8上沿周向绕制线圈6，并通过导线13引出至镗杆3外后与控制单元11连接；控制单元11通过控制线圈6中通入电流的电压值来调节悬臂梁电磁吸力大小，进而控制吸附阻尼颗粒的数量，以实现最优减振。

悬臂梁8的外圆周均布有多个线圈槽，线圈槽为周向凹槽，线圈槽中绕制有线圈6，所有线圈6通过导线13串联并引出至镗杆3外后与控制单元11连接。

悬臂梁8的外圆周还设置有轴向线槽，所述轴向线槽与所有线圈槽垂直且连通，轴向线槽用于容纳串联线圈的导线13。

镗杆3的空腔与镗杆尾端之间设置有进线通孔9，空腔中的阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元的所有导线13通过进线通孔9引出至镗杆3外。

阻尼颗粒5的填充数量占封闭区域的1/3至3/4。

进一步，还包括加速度传感器12，所述加速度传感器12贴设于靠近于刀头连接件2的镗杆3外侧壁，加速度传感器12用于监测镗杆3的振动情况，并结合阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元的电磁吸力调节实现镗杆最优电压选择。

安装流程：

在镗杆3空腔中，悬臂梁8与刀头连接件2固连，在悬臂梁8的槽中从左到右依次缠满线圈6。橡胶内壁4与刀头连接件2固连，将阻尼颗粒5所述的阻尼颗粒5可以是小钢珠，铁珠等能够被磁铁吸引的小球倒入橡胶内壁4与刀头连接件组成的空腔中，填充量大约在60％左右，橡胶底座7与橡胶内壁4固连将其封装完毕。

线圈6的导线13从杆体空腔9引出镗杆外部，与控制模块11相连接，实现对线圈6电压大小和通断电控制。

刀头连接件2与镗杆3螺纹连接。

加速度传感器12贴在镗杆3且靠近刀头一侧的位置。

最优减振的调节过程为：

步骤一、将镗杆3安装在镗床上，在设置好转速、切深和进给量后，采用工件旋转、镗杆进给、多次走刀的加工方式对工件进行镗削加工；

步骤二、在第一次走刀的过程中控制通入线圈6中的电流的电压值从0V步进式调至最大阈值电压Vmax，所述最大阈值电压Vmax取值范围为24V～36V，悬臂梁8电磁吸力由无吸力变为最大吸力，吸附的阻尼颗粒5数量由0变为最大数量值；在此期间，加速度传感器12接收到的加速度数据传入控制单元11，控制单元11提取出加速度最小值所对应的电压，该电压为最优电压；

步骤三、在后续镗杆加工时，控制单元11直接向线圈6中通入步骤二获取的最优电压，实现最优减振。

工作原理：

控制模块11控制线圈6的通电断电来控制线圈6是否工作，通电时因为电磁效应，悬臂梁8上的线圈6会对空腔内的阻尼颗粒5有吸引力。

控制模块11控制线圈6上电压的大小，进而控制线圈6吸附阻尼颗粒5的吸引力大小，电压越大，吸附在悬臂梁8上的阻尼颗粒5就越多。

当线圈6的电压过小或不通电时，填充率固定不可调，参与阻尼颗粒5的有效碰撞率不可调，虽然其本身有着一定的减振效果但是根据不同的工况，固定的填充率始终不能进行相应改变使减振效果达到最优，当线圈6的电压过大时，吸附在悬臂梁8上的阻尼颗粒5的数目过多，导致单位空间内可以相互碰撞阻尼颗粒5过少，而达不到预期的减振效果，控制模块11就是为了将线圈6根据对应的工作环境调节到最合适的减振电压，达到最优的减振效果。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (7)

1.一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆，其特征在于，包括镗杆(3)、阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元、控制单元(11)和电源(10)，电源(10)为控制单元(11)和阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元提供工作电源，控制单元(11)输出指令给阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元以实现镗杆的阻尼调节，以实现最优减振；

镗杆(3)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)，空腔内设置阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元；

阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元包括悬臂梁(8)、阻尼颗粒(5)、线圈(6)、橡胶内壁(4)和橡胶底座(7)；

橡胶内壁(4)为圆筒形且设置于镗杆(3)空腔内壁上，橡胶内壁(4)的前端与空腔前端平齐，橡胶内壁(4)的后端与空腔后端存在间隙，橡胶底座(7)固定设置于橡胶内壁(4)后端开口处，橡胶底座(7)、橡胶内壁(4)和刀头连接件(2)围合成封闭区域；该封闭区域内设置有悬臂梁(8)，悬臂梁(8)的固定端设置于刀头连接件(2)内壁中心点，悬臂梁(8)的悬空端穿过橡胶底座(7)的中心孔；该封闭区域内部分填充有阻尼颗粒(5)；

悬臂梁(8)上沿周向绕制线圈(6)，并通过导线(13)引出至镗杆(3)外后与控制单元(11)连接；控制单元(11)通过控制线圈(6)中通入电流的电压值来调节悬臂梁电磁吸力大小，进而控制吸附阻尼颗粒的数量，以实现最优减振。

2.根据权利要求1所述一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆，其特征在于，悬臂梁(8)的外圆周均布有多个线圈槽，线圈槽为周向凹槽，线圈槽中绕制有线圈(6)，所有线圈(6)通过导线(13)串联并引出至镗杆(3)外后与控制单元(11)连接。

3.根据权利要求2所述一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆，其特征在于，悬臂梁(8)的外圆周还设置有轴向线槽，所述轴向线槽与所有线圈槽垂直且连通，轴向线槽用于容纳串联线圈的导线(13)。

4.根据权利要求1所述一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆，其特征在于，镗杆(3)的空腔与镗杆尾端之间设置有进线通孔(9)，空腔中的阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元的所有导线(13)通过进线通孔(9)引出至镗杆(3)外。

5.根据权利要求1所述一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆，其特征在于，阻尼颗粒(5)的填充数量占封闭区域的1/3至3/4。

6.根据权利要求1所述一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆，其特征在于，还包括加速度传感器(12)，所述加速度传感器(12)贴设于靠近于刀头连接件(2)的镗杆(3)外侧壁，加速度传感器(12)用于监测镗杆(3)的振动情况，并结合阻尼颗粒吸附率调整悬臂梁单元的电磁吸力调节实现镗杆最优电压选择。

7.根据权利要求6所述一种阻尼颗粒吸附率可调式减振镗杆，其特征在于，最优减振的调节过程为：

步骤一、将镗杆(3)安装在镗床上，在设置好转速、切深和进给量后，采用工件旋转、镗杆进给、多次走刀的加工方式对工件进行镗削加工；

步骤二、在第一次走刀的过程中控制通入线圈(6)中的电流的电压值从0V步进式调至最大阈值电压Vmax，所述最大阈值电压Vmax取值范围为24V～36V，悬臂梁(8)电磁吸力由无吸力变为最大吸力，吸附的阻尼颗粒(5)数量由0变为最大数量值；在此期间，加速度传感器(12)接收到的加速度数据传入控制单元(11)，控制单元(11)提取出加速度最小值所对应的电压，该电压为最优电压；

步骤三、在后续镗杆加工时，控制单元(11)直接向线圈(6)中通入步骤二获取的最优电压，实现最优减振。

Images