CN201739422U - 用于切削颤振控制的弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器 - Google Patents

用于切削颤振控制的弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器 Download PDF

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昝涛
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Abstract

用于切削颤振控制的弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器属于机械技术领域，涉及一种抑制切削加工颤振的阻尼器结构。阻尼器振子(3)悬臂弹性梁(2)固定于被控对象上，并且位置可调；基座(1)上还设置有悬臂形的双层弹性摩擦片(5)，双层弹性摩擦片(5)的一端通过柔性铰链结构(7)与基座(1)连接，另一端与阻尼器振子(3)上表面相接触，设有可调节两层弹性片之间距离的调整螺钉(6)，通过调整螺钉(6)可调双层弹性摩擦片(5)整施加在阻尼器振子上的接触压力。本实用新型通过阻尼器振子阻尼振动和滑动摩擦两种方式进行振动抑制；并使被控机械结构的频率响应函数最大负实部最小，从而最大限度地提高切削系统最大稳定极限切削深度。在最大限度地提高切削效率的同时，避免切削颤振的发生。

Description

用于切削颤振控制的弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器
技术领域
本实用新型属于机械技术领域，涉及一种抑制切削加工颤振的阻尼器结构。
背景技术
金属切削颤振(Machining chatter)属于自激振动，是金属切削机床在切削过程中产生的刀具和工件之间十分强烈的相对振动。切削颤振降低产品质量、生产效率、刀具和机床使用寿命，同时造成噪声污染，影响操作者身心健康。随着工厂自动化发展，操作者日益远离加工现场，通过颤振预防控制的方法往往不能从根本上杜绝颤振现象的出现，所以对切削颤振进行在线监视和控制的任务变得越来越迫切，越来越有意义。
目前比较成熟的颤振控制方法，是通过在系统中加入阻尼吸振部件来达到减振抑振的效果。阻尼器的种类很多，包括有质量调谐阻尼器、液体阻尼(兰挈斯特)吸振器、冲击阻尼吸振器和摩擦阻尼器等。冲击阻尼器由冲击块及阻尼室两部分组成。阻尼室随被控机械结构一起振动，并带动冲击块在阻尼室内跳动，阻尼块和阻尼室之间存有一定的间隙，间隙大小要设计得当，使得冲击块和阻尼室内壁撞击的时机刚好处于两者相反运动时，只有这样，冲击的能量损耗才有助抑制振动。EDHI，E提出了一个摩擦阻尼器来控制镗削过程中颤振的方法。主要结构是把一个质量块和一个永磁铁结合起来，把质量块连接在主结构上，方向和颤振发生的方向相平行，永磁铁和质量块中间是垫片，用它来控制磁场力的幅值。可以用来解决频率高于10,000Hz的颤振。
调谐质量阻尼器是最常用的阻尼器结构，它是将附加质量通过阻尼元件和弹性元件与主振系统相连，通过将主振系统的振动能量转换为附加质量的运动能量来抑制主振系统的振动。Eugene I等设计了可调式动力阻尼吸振器，可以通过调整其弹性元件、阻尼元件来达到使吸振系统和主振系统相匹配，在主振系统动态特性发生改变时保证吸振器仍处于最佳工作状态。
发明内容
为了进一步提高阻尼器的颤振抑制效果，本实用新型提供一种弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器结构，其同时可以通过阻尼器振子阻尼振动和滑动摩擦两种方式进行振动抑制。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下设计方案：
用于切削颤振控制的弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器，主体为与被控对象作用的阻尼器振子，其特征在于：阻尼器振子通过基座和板型的悬臂弹性梁作用于被控对象上，该基座固定在被控对象上，悬臂弹性梁固定在基座上，阻尼器振子固定在悬臂弹性梁上，并且位置可调；基座上还设置有悬臂形的双层弹性摩擦片，双层弹性摩擦片的一端通过柔性铰链结构7与基座1连接，另一端与阻尼器振子上表面相接触，在双层弹性摩擦片中，与阻尼器振子接触的一层弹性片较软，另一层弹性片较硬，并且设有可调节两层弹性片之间距离的调整螺钉，通过调整螺钉可调双层弹性摩擦片整施加在阻尼器振子上的接触压力。
所述柔性铰链结构为两侧呈凹圆弧形状的连接基座与双层弹性摩擦片的连接片。
所述阻尼器振子在悬臂弹性梁上的位置和柔性铰链结构的尺寸按照被控机械结构的频率响应函数最大负实部最小的结果设置。
本实用新型具有的有益作用是：本实用新型通过结构设计和调试，利用阻尼器振子的质量和在悬臂弹性梁上的位置、连接基座和阻尼器振子的柔性铰链结构、双层弹性摩擦片的片间距，使阻尼器固有频率、双层弹性摩擦片在振子振动方向上的刚度和振子与摩擦片接触面间摩擦力大小与切削系统动态特性达到最佳匹配，使被控机械结构的频率响应函数最大负实部最小，从而最大限度地提高切削系统最大稳定极限切削深度。处于此种状态下的切削系统能够最大限度地提高切削效率的同时，避免切削颤振的发生。
附图说明
图1本实用新型弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器的一优选实施例的结构图；
图2图1中所示弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器的俯视图；
图3实施例中弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器安装示意图；
图4实施例中含有优化后弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器和无阻尼器的两种情况下切削系统动态特性频率特性幅频和实频图，其中(a)为频率响应函数幅频图，(b)为频率响应函数实频图；
图5实施例中的相同切削条件下，没有安装阻尼器的切削系统发生颤振时切削振动信号时域图和装有优化后弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器的切削系统切削过程振动信号时域图，其中(a)装有弹性支承干摩擦阻尼器，(b)无阻尼器。
图中：1、基座，2、悬臂弹性梁，3、阻尼器振子，4、螺钉，5、双层弹性摩擦片，6、调整螺钉，7、柔性铰链结构，8、工件，9、刀具，10、弹性支承干摩擦阻尼器。
具体实施方式
下面结合图1～图5介绍本实用新型的一优选实施例。
首先如图1，弹性支承干摩擦阻尼器10包括固定于被控对象上的基座1，固定在基座1上的悬臂弹性梁2，阻尼器振子3通过螺钉4固定在悬臂弹性梁2上，另有悬臂固定在基座1上的双层弹性摩擦片5，双层弹性摩擦片5的悬端与阻尼器振子上表面相接触，可通过调整螺钉6调节双层弹性片的变形量来调整施加在阻尼器振子3上压力，以改变振子和摩擦片接触面间摩擦力大小，同时双层弹性摩擦片5在其与基座1的固定端设计有柔性铰链结构7，如图2所示，其为两个半径为R的圆弧，两圆弧顶点间距为h，这两个参数根据被控结构刚度优化计算得到。
然后按照图3所示，将弹性支承干摩擦阻尼器10固定在铣床工作台上的被加工工件8上，通过螺钉4调整阻尼器振子3在悬臂弹性梁2上位置来调整阻尼器固有频率，通过调整螺钉6调节摩擦力使工件在x方向上的动态特性达到最佳，即其最大负实部最小。没有阻尼器和装有调整好的弹性支承干摩擦阻尼器10的工件x方向的动态特性频率响应函数幅值和实部如图4所示。由图4可以看到，调整好的弹性支承干摩擦阻尼器10可以显著将低工件频率响应函数的最大负实部。
在调整好阻尼器后，采用直径12mm的立铣刀刀具9对结构如图3所示的材料为金属铝的工件进行铣削加工，切削参数为径向切深3mm，轴向切深4mm，主轴转速2400rpm，进给速度0.24mm/s，切削过程没有发生颤振，在工件x方向采集的切削振动加速度信号如图5(a)所示。
保持同样切削条件，将阻尼器去掉后，工件x方向上采集到的切削振动加速度信号如图5(b)所示。

Claims (3)

1.用于切削颤振控制的弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器，主体为与被控对象作用的阻尼器振子(3)，其特征在于：阻尼器振子(3)通过基座(1)和板型的悬臂弹性梁(2)作用于被控对象上，该基座(1)固定在被控对象上，悬臂弹性梁(2)固定在基座(1)上，阻尼器振子(3)固定在悬臂弹性梁(2)上，并且位置可调；基座(1)上还设置有悬臂形的双层弹性摩擦片(5)，双层弹性摩擦片(5)的一端通过柔性铰链结构(7)与基座(1)连接，另一端与阻尼器振子(3)上表面相接触，在双层弹性摩擦片(5)中，与阻尼器振子(3)接触的一层弹性片较软，另一层弹性片较硬，并且设有可调节两层弹性片之间距离的调整螺钉(6)，通过调整螺钉(6)可调双层弹性摩擦片(5)整施加在阻尼器振子上的接触压力。
2.如权利要求1所述的用于切削颤振控制的弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器，其特征在于：所述柔性铰链结构(7)为两侧呈凹圆弧形状的连接基座(1)与双层弹性摩擦片(5)的连接片。
3.如权利要求1或2所述的用于切削颤振控制的弹性支承干摩擦调谐质量阻尼器，其特征在于：所述阻尼器振子(3)在悬臂弹性梁(2)上的位置和柔性铰链结构(7)的尺寸按照被控机械结构的频率响应函数最大负实部最小的结果设置。
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