[發(fā)明專利]離心式葉輪加工中使用的振動(dòng)抑制裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110182895.1
• 申請(qǐng)日: 2011-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN102248215A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯春瑞;趙燦;劉丹丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黑龍江科技學(xué)院
• 主分類號(hào): B23C9/00
• 分類號(hào): B23C9/00;B23Q11/00
• 代理公司: 深圳市智科友專利商標(biāo)事務(wù)所 44241
• 代理人: 曲家彬

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及復(fù)雜曲面薄壁金屬零件切削加工過程中使用的振動(dòng)抑制裝置，尤其是一種基于磁流變材料，利用磁流變材料在其磁場(chǎng)變化下改變磁流變材料剛度和阻尼系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)離心式高溫合金整體葉輪多軸銑削加工時(shí)產(chǎn)生的顫振起到抑制和吸收的裝置。

背景技術(shù)

高溫合金中的奧氏體組織等因素使切削力遠(yuǎn)大于普通鋼材的切削力，葉輪葉片薄壁而懸臂長，流道狹窄，刀具切入切出困難，動(dòng)態(tài)切削力易引起切削過程不穩(wěn)定，變化幅度更為劇烈，更容易發(fā)生顫振。高溫合金導(dǎo)熱差，銑刀切削刃極易粘屑，導(dǎo)致刀具鈍化，切削力畸變，也易引發(fā)顫振。因此切削振動(dòng)(往往表現(xiàn)為顫振)問題在高溫合金葉輪多軸銑削加工過程中尤為突出，嚴(yán)重影響葉輪表面質(zhì)量（由顫振造成的葉片表面微裂紋，在疲勞環(huán)境下工作會(huì)造成葉片斷裂，有時(shí)后果特別嚴(yán)重，損失巨大），降低銑削中心主軸和刀具壽命。其加工效率遠(yuǎn)低于鋁合金葉輪，因此，高溫合金葉輪的切削顫振抑制更為迫切。高溫合金葉輪實(shí)際生產(chǎn)中一直采用多組切削參數(shù)組合試驗(yàn)的試切方法來尋找合適的加工參數(shù)。這一方法，工作量非常大，具有盲目性，不可確定的因素多且復(fù)雜，導(dǎo)致了大量的人力、機(jī)時(shí)、材料等浪費(fèi)，加工效率和成品率低。

銑削加工振動(dòng)控制方式現(xiàn)有技術(shù)中分為兩類：其一為切削參數(shù)在線調(diào)整控制法，其二為振動(dòng)控制法。在第二類振動(dòng)控制法中，又可以根據(jù)控制執(zhí)行裝置性質(zhì)不同分為被動(dòng)控制方法、主動(dòng)控制方法和半主動(dòng)控制方法。被動(dòng)控制中的吸振器的參數(shù)與機(jī)床的工藝狀態(tài)相關(guān)性強(qiáng)，故應(yīng)用有較大局限。主動(dòng)控制具有極強(qiáng)的適應(yīng)性和調(diào)節(jié)性，但由于其需要高工作電壓，對(duì)較大能源要求以及造價(jià)高、加工工藝復(fù)雜、設(shè)備的維修費(fèi)用高、可靠性和穩(wěn)定性差等方面的問題，其應(yīng)用仍受到限制。近年來，隨著磁流變彈性體等智能材料的迅速發(fā)展，通過磁流變彈性體自身的性能改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)顫振控制成為可能。

磁流變彈性體是磁流變材料的一個(gè)新的分支。它是由高分子聚合物(如橡膠等)和鐵磁性顆粒組成，混合有鐵磁性顆粒的聚合物在外加磁場(chǎng)作用下固化，利用磁致效應(yīng)(即鐵磁性顆粒在磁場(chǎng)方向形成鏈或柱狀聚集結(jié)構(gòu))，使顆粒在基體中形成有序結(jié)構(gòu)。由于磁流變彈性體兼有磁流變材料和彈性體的優(yōu)點(diǎn)，如響應(yīng)快(ms量級(jí))，可逆性好，可控能力強(qiáng)等，又克服了磁流變液沉降、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，它的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)諸性能可以由外加磁場(chǎng)來控制，因而近年來成為磁流變材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)。磁流變彈性體可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)，減振隔振，機(jī)器人和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域，可以大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成一些傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的功能。

就目前研究情況看，高溫合金葉輪穩(wěn)定域準(zhǔn)確預(yù)測(cè)及加工參數(shù)優(yōu)化等在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)探索新的抑制高溫合金加工顫振的有效方法。如果能夠根據(jù)高溫合金葉輪加工過程進(jìn)行自適應(yīng)對(duì)葉輪模態(tài)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，就能夠在一定程度上抑制加工顫振，以擴(kuò)展其切削穩(wěn)定域，提高其加工效率及加工精度。

發(fā)明內(nèi)容

為克服高溫合金葉輪的整體銑削加工過程中，由于離心式高溫合金葉輪軸向尺寸大，由于徑向銑削受力大，隨著切削材料的去除，材料切削過程顯著影響系統(tǒng)的模態(tài)特性，導(dǎo)致銑削系統(tǒng)是時(shí)變?(模態(tài)參數(shù)隨時(shí)間變化)系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致切削力復(fù)雜多變，同時(shí)高溫合金材料抗拉強(qiáng)度大，切削刃極易粘屑等因素最終導(dǎo)致切削加工振動(dòng)分析、穩(wěn)定域準(zhǔn)確預(yù)測(cè)及加工參數(shù)優(yōu)化等難于實(shí)現(xiàn)，因此材料切削過程顯著影響系統(tǒng)的模態(tài)特性并隨切削時(shí)間而變化，導(dǎo)致問題難于解決的技術(shù)缺陷，本發(fā)明公開一種離心式葉輪加工中的振動(dòng)抑制裝置，該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫合金葉輪的切削振動(dòng)有效、精確的控制，特別是徑向抑制加工過程中的振動(dòng)，擴(kuò)展多軸銑削穩(wěn)定域，提高其加工精度和加工效率。針對(duì)高溫合金葉輪多軸加工模態(tài)時(shí)變等特點(diǎn)，依據(jù)磁流變彈性體的特殊性能，將磁流變彈性體固定于葉輪非精加工區(qū)域，通過調(diào)節(jié)磁場(chǎng)使磁流變彈性體剛度、阻尼發(fā)生變化(表現(xiàn)為其彈性、剪切儲(chǔ)能模量與損耗因子等可控)，進(jìn)而改變?nèi)~輪銑削加工的模態(tài)參數(shù)，抑制顫振發(fā)生。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，離心式葉輪加工中使用的振動(dòng)抑制裝置，該振動(dòng)抑制裝置與離心式葉輪同時(shí)安裝在機(jī)床的裝夾固定軸上，該振動(dòng)抑制裝置包括：徑向抑振磁流變彈性體、徑向抑振線圈、徑向抑振磁壓片（3）、徑向抑振導(dǎo)磁內(nèi)圓筒、鎖緊螺母和徑向抑振線圈配套電路構(gòu)成的徑向振動(dòng)抑制裝置，所述的徑向抑振磁流變彈性體、徑向抑振線圈和徑向抑振導(dǎo)磁內(nèi)圓筒依次套裝在離心式葉輪的中心孔內(nèi)，徑向抑振磁壓片在離心式葉輪的中心孔內(nèi)徑向抑振磁流變彈性體兩側(cè)端面上，徑向抑振導(dǎo)磁內(nèi)圓筒套裝在機(jī)床的裝夾固定軸上，經(jīng)鎖緊螺母鎖緊構(gòu)成離心式葉輪的中心孔與裝夾固定軸的固定連接結(jié)構(gòu)。