CN114932241A - 一种基于电涡流阻尼的减振镗杆及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于电涡流阻尼的减振镗杆及其控制方法，属于切削加工技术领域，本发明为解决镗杆易发生振动，进而对工件表面造成损害、影响工件精度和加工效率的问题。它包括：质量块置于小套筒内，质量块两端分别套装有发条弹簧，质量块两侧分别固连有小钢板，小钢板外端沿竖直方向固连有两个电磁铁，构成小套筒组；将小套筒组置于大套筒内，大套筒两端由内至外依次安装有铜板和大钢板，构成大套筒组；将大套筒组置于镗杆空腔中，镗杆内壁与大套筒外壁相接，大套筒内壁与发条弹簧相接；镗杆上大套筒组内侧开有导线通道，连接电磁铁和控制模块的导线置于导线通道内；镗杆外侧壁上位于刀头一侧安装有加速度传感器。本发明用于深孔加工。

Description

一种基于电涡流阻尼的减振镗杆及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于电涡流阻尼的减振镗杆及其控制方法，属于切削加工技术领域。
背景技术
在机械制造领域中，镗削加工是一种金属成型工艺中的材料去除成形方法，镗削加工在金属切削中占有约三分之一的比重，它在精密机械、仪器仪表和航空航天等领域均得到了广泛的应用，镗削加工常用于零件深孔的加工中。钻削和镗削是目前孔加工的主要方式，与钻削加工相比，镗削具有适应性广、加工效率高、加工质量高、容易排屑等优点。
镗削是深孔加工的主要方法之一，镗削振动是在金属去除过程中工件与加工刀具之间产生的震荡，也称为自激振动。在深孔镗削过程中，镗杆悬深在工件的内部，而且镗杆的悬垂时间长，镗杆的伸长率大，所以镗杆的刚度低，这就使镗杆在镗削中很容易产生振动。当满足了一定条件时切削过程还会产生颤振，这极大地影响了切削过程的稳定性。而切削过程中的振动是影响加工表面质量的重要因素，它严重影响镗削的精度和效率，并且会增加刀具的磨损，缩短机床的使用寿命。
发明内容
本发明目的是为了解决镗杆易发生振动，进而对工件表面造成损害、影响工件精度和加工效率的问题，提供了一种基于电涡流阻尼的减振镗杆及其控制方法。
本发明提出的一种基于电涡流阻尼的减振镗杆，它包括镗杆、大钢板、铜板、大套筒、质量块、小套筒、发条弹簧、小钢板、电磁铁、控制模块和加速度传感器；
质量块置于小套筒内，质量块的两端分别套装有发条弹簧，质量块的两侧分别固连有小钢板，小钢板外端沿竖直方向固连有两个电磁铁，构成小套筒组；
将小套筒组置于大套筒内，大套筒的两端由内至外依次安装有铜板和大钢板，且使铜板与两个电磁铁之间的间隙固定，构成大套筒组；
将大套筒组置于镗杆的空腔中，镗杆的内壁与大套筒的外壁相接，大套筒的内壁与发条弹簧相接；
镗杆上大套筒组的外侧通过刀头连接件与刀头连接；
镗杆上大套筒组的内侧的镗杆中部开有导线通道，连接电磁铁和控制模块的导线置于导线通道内；
镗杆的外侧壁上位于刀头一侧安装有加速度传感器。
优选的，所述两个电磁铁的线圈绕线方向相反。
优选的，右侧两个电磁铁和左侧两个电磁铁均沿竖直方向排布。
优选的，所述发条弹簧包括片式螺旋弹簧、弹簧外圈和弹簧内圈，片式螺旋弹簧置于弹簧外圈和弹簧内圈之间。
优选的，它还包括电源，电源为控制模块提供电能。
本发明提出的一种基于电涡流阻尼的减振镗杆的控制方法，该控制方法的具体过程为：
步骤一、将减振镗杆安装在镗床上，设置转速、切深和进给量；
步骤二、加速度传感器实时检测加速度数据，并将实时检测的加速度数据发送至控制模块；
步骤三、控制模块接收到的加速度数据呈周期性变化时，控制模块实时输出电磁铁的控制电压，并调节控制电压，使得控制电压从最小值上增大到最大值；
同时，控制模块根据接收到的加速度数据筛选出刀头尖端加速度数据的最小值，该刀头尖端加速度数据最小值对应的控制电压为最优电压值；
步骤四、控制模块调节控制电压至最优电压值，使电涡流阻尼达到最优值，对工件进行镗削加工。
优选的，所述对工件进行镗削加工的加工方法包括：
旋转工件、镗杆进给、多次走刀。
本发明提出的一种基于电涡流阻尼的减振镗杆及其控制方法，具有如下优点：
1、本发明利用电涡流阻尼进行减振，将电涡流阻尼减振结构置于镗杆空腔中进行减振，结构紧凑，减振控制方便；采用电涡流阻尼的减振结构能够在尽量保持原有的动力学基础上进行减振，并且电涡流阻尼减振结构基本没有磨损。
2、本发明采用加速度传感器实时采集获取的加速度数据，控制模块根据加速度数据控制电磁铁的电压变化，当镗杆发生振动时，通过控制模块控制电磁铁的电压大小来改变其电涡流阻尼的大小。
3、本发明采用发条弹簧为作为弹性元件，以电涡流阻尼为阻尼部分来实现对镗杆的减振。
4、本发明在铜板(也就是导体板)后加装大钢板(也就是导磁板)，能够大幅度提高导体板内外侧的磁感应强度，还大大减少了磁路的漏磁，实现了闭合磁路，提高了电涡流阻尼的效率。
5、本发明采用控制模块对采集到的振动信号进行分析，使控制模块对电磁铁进行电压控制，并调节到最优电压，使电涡流阻尼达到最优，从而使得镗杆得到最优的减振效果。
附图说明
图1是本发明所述一种基于电涡流阻尼的减振镗杆的结构示意图；
图2是图1中A部细节图；
图3是本发明所述一种基于电涡流阻尼的减振镗杆的外部结构示意图；
图4是本发明所述发条弹簧的结构示意图；
图5是本发明所述电磁铁通电时磁感线示意图。
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他实施例，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。
实施例1：
下面结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种基于电涡流阻尼的减振镗杆，它包括镗杆3、大钢板4、铜板5、大套筒6、质量块7、小套筒8、发条弹簧9、小钢板10、电磁铁11、控制模块12和加速度传感器15；
质量块7置于小套筒8内，质量块7的两端分别套装有发条弹簧9，质量块7的两侧分别固连有小钢板10，小钢板10外端沿竖直方向固连有两个电磁铁11，构成小套筒组；
将小套筒组置于大套筒6内，大套筒6的两端由内至外依次安装有铜板5和大钢板4，且使铜板5与两个电磁铁11之间的间隙固定，构成大套筒组；
将大套筒组置于镗杆3的空腔中，镗杆3的内壁与大套筒6的外壁相接，大套筒6的内壁与发条弹簧9相接；
镗杆3上大套筒组的外侧通过刀头连接件2与刀头1连接；
镗杆3上大套筒组的内侧的镗杆3中部开有导线通道14，连接电磁铁11和控制模块12的导线置于导线通道14内；
镗杆3的外侧壁上位于刀头1一侧安装有加速度传感器15。
本实施方式中，铜板5与两个电磁铁11之间的间隙是固定的，并且，间隙需要在合适的范围内，如果间隙过大，通过铜板5上的磁感线会变少，进而导致铜板5上的电涡流过小，最后导致电涡流阻尼过小而达不到效果。
进一步的，所述两个电磁铁11的线圈绕线方向相反。
本实施方式中，磁极交错布置的两个电磁铁11的内外侧产生的主磁感应强度均比磁极相同布置的电磁铁的大。
再进一步的，右侧两个电磁铁11和左侧两个电磁铁11均沿竖直方向排布。。
再进一步的，所述发条弹簧9包括片式螺旋弹簧16、弹簧外圈17和弹簧内圈18，片式螺旋弹簧16置于弹簧外圈17和弹簧内圈18之间。
再进一步的，它还包括电源13，电源13为控制模块12提供电能。
实施例2：
下面结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种基于电涡流阻尼的减振镗杆的控制方法，该控制方法的具体过程为：
步骤一、将减振镗杆安装在镗床上，设置转速、切深和进给量；
步骤二、加速度传感器15实时检测加速度数据，并将实时检测的加速度数据发送至控制模块12；
步骤三、控制模块12接收到的加速度数据呈周期性变化时，控制模块12实时输出电磁铁11的控制电压，并调节控制电压，使得控制电压从最小值上增大到最大值；
同时，控制模块12根据接收到的加速度数据计算刀头1尖端的加速度数据筛选出刀头1尖端加速度数据的最小值，该刀头1尖端加速度数据最小值对应的控制电压为最优电压值；
步骤四、控制模块12调节控制电压至最优电压值，使电涡流阻尼达到最优值，对工件进行镗削加工。
进一步的，所述对工件进行镗削加工的加工方法包括：
旋转工件、镗杆进给、多次走刀。
本实施方式中，在第一次走刀时，控制模块12检测到加速度传感器15检测到的数据呈周期性变化时，控制模块12实时控制电磁铁11的电压大小，使电压从最小值调节到最大值，此处最大值是指电磁铁11能够承受的最大值。
在电压从最小值调节到最大值的过程中，控制模块12根据实时接收到的加速度传感器15检测到的数据计算获得刀头1的加速度数据，并筛选出刀头1的加速度数据的最小值，该最小值对应的电磁铁11的电压值为最优电压值。
本发明中，下面结合图1-图5说明本发明的工作原理：
电涡流阻尼的产生的条件是非线性导体切割磁感线。当非磁性导体处于时变的磁场中或者在磁场中切割磁力线运动时，穿过导体的磁通量就会发生连续的变化。根据法拉第电磁感应定律，导体内就会产生相应的感应电动势，从而形成类似旋涡的电流，这就是所谓的电涡流。根据楞次定律，电涡流同时会产生一个与原磁场方向相反的新磁场。对于导体在磁场中切割磁力线运动的情况，还将会形成阻碍二者相对运动的阻尼力，如此循环的结果最终导致振动能量通过导体的电阻热效应被消耗掉，这就是所谓的电涡流阻尼。
因为电涡流阻尼的大小与导体板的导电系数、导体板厚度、磁场磁感应强度以及磁感线的分布面积有关，所以改变以上参数可以对电涡流阻尼进行调节。
导体板我们选用导电系数高的材料。
由于镗杆空腔的空间狭小，以及导体板厚度较难改变，所以本发明采用改变磁场磁感应强度的方式来实现电涡流阻尼的变化。本发明通过改变电磁铁的电压从而改变磁感应强度的大小。
因为电涡流阻尼还与磁感线的分布面积有关，所以本发明将电磁铁的分布方式变成同侧两个电磁铁磁极相异的排布方式，这样排布可以使磁路闭合，从而增大导体板上磁感线的分布面积。如图5所示，是电磁铁通电时磁感线示意图。
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他所述实施例中。

Claims (7)

1.一种基于电涡流阻尼的减振镗杆，其特征在于，它包括镗杆(3)、大钢板(4)、铜板(5)、大套筒(6)、质量块(7)、小套筒(8)、发条弹簧(9)、小钢板(10)、电磁铁(11)、控制模块(12)和加速度传感器(15)；
质量块(7)置于小套筒(8)内，质量块(7)的两端分别套装有发条弹簧(9)，质量块(7)的两侧分别固连有小钢板(10)，小钢板(10)外端沿竖直方向固连有两个电磁铁(11)，构成小套筒组；
将小套筒组置于大套筒(6)内，大套筒(6)的两端由内至外依次安装有铜板(5)和大钢板(4)，且使铜板(5)与两个电磁铁(11)之间的间隙固定，构成大套筒组；
将大套筒组置于镗杆(3)的空腔中，镗杆(3)的内壁与大套筒(6)的外壁相接，大套筒(6)的内壁与发条弹簧(9)相接；
镗杆(3)上大套筒组的外侧通过刀头连接件(2)与刀头(1)连接；
镗杆(3)上大套筒组的内侧的镗杆(3)中部开有导线通道(14)，连接电磁铁(11)和控制模块(12)的导线置于导线通道(14)内；
镗杆(3)的外侧壁上位于刀头(1)一侧安装有加速度传感器(15)。
2.根据权利要求1所述的一种基于电涡流阻尼的减振镗杆，其特征在于，所述两个电磁铁(11)的线圈绕线方向相反。
3.根据权利要求1所述的一种基于电涡流阻尼的减振镗杆，其特征在于，右侧两个电磁铁(11)和左侧两个电磁铁(11)均沿竖直方向排布。
4.根据权利要求1所述的一种基于电涡流阻尼的减振镗杆，其特征在于，所述发条弹簧(9)包括片式螺旋弹簧(16)、弹簧外圈(17)和弹簧内圈(18)，片式螺旋弹簧(16)置于弹簧外圈(17)和弹簧内圈(18)之间。
5.根据权利要求1所述的一种基于电涡流阻尼的减振镗杆，其特征在于，它还包括电源(13)，电源(13)为控制模块(12)提供电能。
6.一种基于电涡流阻尼的减振镗杆的控制方法，该控制方法基于权利要求1所述的一种基于电涡流阻尼的减振镗杆实现，其特征在于，该控制方法的具体过程为：
步骤一、将减振镗杆安装在镗床上，设置转速、切深和进给量；
步骤二、加速度传感器(15)实时检测加速度数据，并将实时检测的加速度数据发送至控制模块(12)；
步骤三、控制模块(12)接收到的加速度数据呈周期性变化时，控制模块(12)实时输出电磁铁(11)的控制电压，并调节控制电压，使得控制电压从最小值上增大到最大值；
同时，控制模块(12)根据接收到的加速度数据筛选出刀头(1)尖端加速度数据的最小值，该刀头(1)尖端加速度数据最小值对应的控制电压为最优电压值；
步骤四、控制模块(12)调节控制电压至最优电压值，使电涡流阻尼达到最优值，对工件进行镗削加工。
7.根据权利要求6所述的一种基于电涡流阻尼的减振镗杆的控制方法，其特征在于，所述对工件进行镗削加工的加工方法包括：
旋转工件、镗杆进给、多次走刀。
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