[發明專利]基于磁流變液擠壓工作模式的動力吸振車刀

有效

• 申請號: 201410233584.7
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103962883A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 張永亮;趙翃;洪明;張瑋
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: B23Q11/00
• 分類號: B23Q11/00;F16F9/10;F16F9/53
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;王晶

技術領域

本發明涉及一種車削加工減振裝置，尤其是一種基于磁流變液擠壓工作模式的動力吸振車刀。

背景技術

近年來，高速、精密切削加工技術已越來越多地應用于航空航天、光電和通訊等領域內大型、精密零部件的切削加工中，隨著應用研究的不斷完善和深入，微幅、超微幅振動對加工精度提高的制約作用日益凸顯，在采用空氣彈簧及相關主動控制方法有效隔離機外振源的基礎上，來自于切削加工過程自身的振動已走入研究者的視線，成為限制高效精密切削技術發揮優勢的關鍵因素之一。因此，尋求有效抑制切削顫振的新方法已迫在眉睫。

磁流變液作為一種新型的智能控制材料，由于其制成的阻尼器具有能耗低、阻尼力大、動態范圍廣、實時調節性好等特點，已被逐漸應用于土木工程、汽車懸架和機械加工等各種減振場合中，然而，現有的磁流變減振裝置大都屬于阻尼減振，而動力吸振也是振動控制中經常采用的一種高效減振方法，通過適當的調節，該方法的減振效果要優于單純的阻尼減振。王勛龍等將動力吸振器應用于車輛減振，并研究了各種參數對動力吸振器減振性能的影響；魏榕祥等通過在飛機平尾翼尖處安裝動力吸振器來吸收某一確定頻率的振動能量，以達到減振的目的；Foo E等建立了彈性車體動力學模型, 研究了基于動力吸振器的車輛運行平穩性及其控制方法； Jia Jangwu研究了動力減振器螺旋彈簧的慣性效應對鏜桿動態特性的影響；Felipe Antonio CheguryViana等人基于蟻群算法設計了可調動態減振器；邵俊鵬等應用虛擬樣機技術對動力減振器的參數進行了優化。研究表明，該方法雖然可以取得很好的減振效果，但其結構參數一經優化確定后即無法調整，因此，如果將動力減振原理與磁流變效應結合用于切削加工系統，則可以根據顫振頻率，通過電參數的調節適當改變磁流變動力吸振器的固有頻率等動力學參數，從而最大限度地吸收切削系統的振動能量,對不同切削狀態下的顫振進行有效的半主動實時控制。

磁流變液的工作模式有流動、剪切和擠壓三種。相比于剪切和流動模式，擠壓模式下磁流變液的流變特性更加復雜、產生的屈服強度更大。Alireza等的研究表明，磁流變液在擠壓模式下能產生很大的可控力，并首次發現了磁流變液的凝聚效應；徐春暉等采用二階流體本構關系研究了平行圓盤間牛頓流體的擠壓流動；廖昌榮等分析了基于圓盤擠壓模式的磁流變阻尼器的工作特性，對擠壓模式的磁流變液阻尼器設計具有一定的參考價值。與磁流變液擠壓特性的研究相比，基于擠壓模式的磁流變器件應用研究還鮮見報道。陳吉安等對用于車輛的磁流變減振器進行了設計，提出了一種剪切模式的磁流變減振器模型；王其東等人設計了基于流動模式和剪切模式的磁流變半主動懸架模糊控制減振器；梅德慶等人申請的發明專利將磁流變效應引入鏜削加工中，研制了剪切模式和擠壓模式混合的磁流變液自抑振智能鏜桿系統。綜上所述，本發明在動力減振原理的基礎上，針對零件長徑比數值較大的軸類零件外圓車削加工工況，研制可代替普通車刀的擠壓模式磁流變動力吸振車刀。

發明內容

本發明是要解決細長軸類零件外圓車削過程中發生的顫振技術問題，而提供一種基于磁流變液擠壓工作模式的動力吸振車刀，該動力吸振車刀可針對不同外圓車削工況下的顫振頻率，通過外加磁場的作用，對附加在車刀上的磁流變動力吸振部件的剛度、阻尼及固有頻率等動特性參數進行實時調節，從而最大限度地吸收車刀的振動能量，抑制車削顫振的發生。該吸振車刀調整方便、可適用于各類外圓車削工況。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種基于磁流變液擠壓工作模式的動力吸振車刀，由與普通車刀固定連接的主振部件和懸掛在其上的磁流變動力吸振部件組成，其特點是：主振部件與磁流變動力吸振部件之間通過磁場下可變剛度、阻尼的磁流變液和滾珠進行柔性支撐和連接，其中，滾珠安裝在主振部件刀桿軸兩側的鍵槽里，磁流變液填充在磁流變動力吸振部件的圓盤形磁極、上、下箱體、端蓋和主振部件的第一、二圓盤狀鐵芯間的軸向間隙內。

主振部件包括經改造的普通車刀、刀桿軸、第一、二圓盤狀鐵芯，普通車刀與刀桿軸通過其上的莫氏圓錐定位，在徑向采用斜楔楔緊，并在斜楔的一端用螺母緊固；第一、二圓盤狀鐵芯分別與刀桿軸過渡配合連接，第一、二圓盤狀鐵芯上的方形凹槽內纏繞勵磁線圈。

磁流變動力吸振部件由上箱體、下箱體、圓盤形磁極和端蓋組成，上箱體與下箱體之間通過內螺紋圓錐銷定位并由螺栓和螺母緊固，圓盤形磁極與上、下箱體內的環槽在軸向間隙配合連接，端蓋依靠其一端的凸臺與上、下箱體定位并由螺釘緊固。

圓盤形磁極、第一、二圓盤狀鐵芯均為圓環形，所述上箱體上開有用于測量磁極間隙、引線和注入磁流變液的方形孔。