[發(fā)明專利]薄壁工件加工聲波振動抑制裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210085018.0
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114310489B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯軍明;王保升;汪木蘭;黃家才;蔣麒麟;卞榮
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 張明浩

本發(fā)明公開了一種薄壁工件加工聲波振動抑制裝置及方法，將薄壁工件通過螺釘固定在測力儀上，并在工件的背面一定距離處安裝聲波發(fā)射裝置。通過測量儀測量鋁合金材料切削加工過程中的切削力，采用傅里葉級數(shù)展開將切削力分解為多個正弦波，根據(jù)切削力分解得到的各個分量設(shè)計聲波發(fā)射裝置的波形。根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果，選擇剛性較弱的區(qū)域作為聲波抑制振動的目標(biāo)區(qū)域。切削力分解得到的正弦波和聲波發(fā)射器所產(chǎn)生的正弦波分別作用在工件的正面和反面，工件所產(chǎn)生的位移響應(yīng)相互抵消，工件振動會得到一定程度的抑制。采用位移傳感器分別測量施加聲波前和施加聲波信號后的工件加工位移響應(yīng)，分析聲波抑制振動效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工件加工的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及薄壁工件加工聲波振動抑制裝置及方法。

背景技術(shù)

薄壁零件加工過程中經(jīng)常產(chǎn)生加工振動現(xiàn)象，加工振動的產(chǎn)生會降低工件的表面質(zhì)量并影響加工效率，嚴(yán)重制約零件的加工質(zhì)量和加工效率的提升。

現(xiàn)有的加工振動抑制方法主要有以下幾種：主動阻尼器抑制加工振動、被動阻尼器抑制加工振動、調(diào)整加工工藝參數(shù)抑制加工振動。主動和被動阻尼器的施加都需要將阻尼器連接到工件表面，使夾具的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，對于薄壁工件而言，工件的剛性較差，加工工藝參數(shù)的調(diào)整不能完全解決加工振動問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決背景技術(shù)中提及的問題，本發(fā)明提出了一種通過聲音發(fā)射器產(chǎn)生聲波信號并傳導(dǎo)到工件表面，使聲波信號激勵和刀具加工激勵相互疊加，所合成的激勵若降低或者抵消，則產(chǎn)生的響應(yīng)位移將降低或者抵消，從而降低加工工件的響應(yīng)位移并抑制加工振動的方法。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

薄壁工件加工聲波振動抑制裝置，其中：包括聲波發(fā)射器、薄壁工件、銑刀以及測力儀，薄壁工件固定在測力儀上，銑刀的側(cè)刃對薄壁工件的一側(cè)進行加工，并產(chǎn)生切削力，測力儀用于測量薄壁工件切削加工過程中的切削力，并對切削力求解得到薄壁工件在切削過程中產(chǎn)生的聲波振動頻率和相位，聲波發(fā)射器固定在薄壁工件的另一側(cè)，聲波發(fā)射器用于對薄壁工件發(fā)射特定頻率和幅值的聲波，且在薄壁工件上，聲波發(fā)射器發(fā)射的聲波與銑刀加工薄壁工件產(chǎn)生的聲波振動頻率相同，相位相反。

為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

上述的聲波發(fā)射器的數(shù)量為若干個。

上述的聲波發(fā)射器的數(shù)量為兩個，分別為聲波發(fā)射器A和聲波發(fā)射器B，聲波發(fā)射器A和聲波發(fā)射器B均分布在薄壁工件的同一側(cè)。

上述的薄壁工件通過鎖緊螺釘固定在測力儀上。

抑制薄壁工件加工聲波振動的方法，包括以下步驟：

步驟一、將薄壁工件固定在測力儀上，采用銑刀側(cè)刃對薄壁工件的一側(cè)進行加工；

步驟二、通過正交實驗設(shè)計薄壁工件加工工藝參數(shù)，通過測力儀測量薄壁工件切削加工過程中的切削力，通過切削力預(yù)測模型求解，得到切削力預(yù)測模型；

步驟三、根據(jù)切削力預(yù)測模型得到的聲波發(fā)射器的波形；

步驟四、通過錘擊試驗測試薄壁工件各區(qū)域的剛性，開展模態(tài)分析，得到各區(qū)域模態(tài)參數(shù)，為聲波發(fā)射器的位置確定提供依據(jù)，

步驟五、在薄壁工件的另一側(cè)安裝聲波發(fā)射器；聲波發(fā)射器靠近但不接觸薄壁工件；

步驟六、采用位移傳感器分別測量施加聲波前和施加聲波信號后的薄壁工件加工位移響應(yīng)，對兩者進行比較，分析聲波抑制振動效果。

步驟二中，通過切削力預(yù)測模型求解，切削力預(yù)測模型的方法為：采用傅里葉級數(shù)展開將切削力分解為多個正弦波得到分解后的各個正弦波的頻率ω_i、幅值A(chǔ)_i和相位差

步驟三中，聲波發(fā)射器的波形為