專利名稱：用于切削顫振控制的彈性支承干摩擦調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種抑制切削加工顫振的阻尼器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
金屬切削顫振(Machining chatter)屬于自激振動(dòng)，是金屬切削機(jī)床在切削過(guò)程 中產(chǎn)生的刀具和工件之間十分強(qiáng)烈的相對(duì)振動(dòng)。切削顫振降低產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、刀具和 機(jī)床使用壽命，同時(shí)造成噪聲污染，影響操作者身心健康。隨著工廠自動(dòng)化發(fā)展，操作者日 益遠(yuǎn)離加工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)顫振預(yù)防控制的方法往往不能從根本上杜絕顫振現(xiàn)象的出現(xiàn)，所以 對(duì)切削顫振進(jìn)行在線監(jiān)視和控制的任務(wù)變得越來(lái)越迫切，越來(lái)越有意義。目前比較成熟的顫振控制方法，是通過(guò)在系統(tǒng)中加入阻尼吸振部件來(lái)達(dá)到減振抑 振的效果。阻尼器的種類很多，包括有質(zhì)量調(diào)諧阻尼器、液體阻尼(蘭挈斯特)吸振器、沖擊 阻尼吸振器和摩擦阻尼器等。沖擊阻尼器由沖擊塊及阻尼室兩部分組成。阻尼室隨被控機(jī) 械結(jié)構(gòu)一起振動(dòng)，并帶動(dòng)沖擊塊在阻尼室內(nèi)跳動(dòng)，阻尼塊和阻尼室之間存有一定的間隙，間 隙大小要設(shè)計(jì)得當(dāng)，使得沖擊塊和阻尼室內(nèi)壁撞擊的時(shí)機(jī)剛好處于兩者相反運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有 這樣，沖擊的能量損耗才有助抑制振動(dòng)。EDHI，E提出了一個(gè)摩擦阻尼器來(lái)控制鏜削過(guò)程中 顫振的方法。主要結(jié)構(gòu)是把一個(gè)質(zhì)量塊和一個(gè)永磁鐵結(jié)合起來(lái)，把質(zhì)量塊連接在主結(jié)構(gòu)上， 方向和顫振發(fā)生的方向相平行，永磁鐵和質(zhì)量塊中間是墊片，用它來(lái)控制磁場(chǎng)力的幅值?？?以用來(lái)解決頻率高于10，OOOHz的顫振。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器是最常用的阻尼器結(jié)構(gòu)，它是將附加質(zhì)量通過(guò)阻尼元件和彈性元 件與主振系統(tǒng)相連，通過(guò)將主振系統(tǒng)的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為附加質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)能量來(lái)抑制主振系 統(tǒng)的振動(dòng)。Eugene I等設(shè)計(jì)了可調(diào)式動(dòng)力阻尼吸振器，可以通過(guò)調(diào)整其彈性元件、阻尼元件 來(lái)達(dá)到使吸振系統(tǒng)和主振系統(tǒng)相匹配，在主振系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性發(fā)生改變時(shí)保證吸振器仍處于 最佳工作狀態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容為了進(jìn)一步提高阻尼器的顫振抑制效果，本實(shí)用新型提供一種彈性支承干摩擦調(diào) 諧質(zhì)量阻尼器結(jié)構(gòu)，其同時(shí)可以通過(guò)阻尼器振子阻尼振動(dòng)和滑動(dòng)摩擦兩種方式進(jìn)行振動(dòng)抑 制。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下設(shè)計(jì)方案用于切削顫振控制的彈性支承干摩擦調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，主體為與被控對(duì)象作用的 阻尼器振子，其特征在于阻尼器振子通過(guò)基座和板型的懸臂彈性梁作用于被控對(duì)象上，該 基座固定在被控對(duì)象上，懸臂彈性梁固定在基座上，阻尼器振子固定在懸臂彈性梁上，并且 位置可調(diào)；基座上還設(shè)置有懸臂形的雙層彈性摩擦片，雙層彈性摩擦片的一端通過(guò)柔性鉸 鏈結(jié)構(gòu)7與基座1連接，另一端與阻尼器振子上表面相接觸，在雙層彈性摩擦片中，與阻尼 器振子接觸的一層彈性片較軟，另一層彈性片較硬，并且設(shè)有可調(diào)節(jié)兩層彈性片之間距離 的調(diào)整螺釘，通過(guò)調(diào)整螺釘可調(diào)雙層彈性摩擦片整施加在阻尼器振子上的接觸壓力。[0008]所述柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)為兩側(cè)呈凹圓弧形狀的連接基座與雙層彈性摩擦片的連接片。所述阻尼器振子在懸臂彈性梁上的位置和柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的尺寸按照被控機(jī)械結(jié) 構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)最大負(fù)實(shí)部最小的結(jié)果設(shè)置。本實(shí)用新型具有的有益作用是本實(shí)用新型通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)試，利用阻尼器振 子的質(zhì)量和在懸臂彈性梁上的位置、連接基座和阻尼器振子的柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)、雙層彈性摩 擦片的片間距，使阻尼器固有頻率、雙層彈性摩擦片在振子振動(dòng)方向上的剛度和振子與摩 擦片接觸面間摩擦力大小與切削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性達(dá)到最佳匹配，使被控機(jī)械結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng) 函數(shù)最大負(fù)實(shí)部最小，從而最大限度地提高切削系統(tǒng)最大穩(wěn)定極限切削深度。處于此種狀 態(tài)下的切削系統(tǒng)能夠最大限度地提高切削效率的同時(shí)，避免切削顫振的發(fā)生。

圖1本實(shí)用新型彈性支承干摩擦調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖2圖1中所示彈性支承干摩擦調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的俯視圖；圖3實(shí)施例中彈性支承干摩擦調(diào)諧質(zhì)量阻尼器安裝示意圖；圖4實(shí)施例中含有優(yōu)化后彈性支承干摩擦調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和無(wú)阻尼器的兩種情 況下切削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性頻率特性幅頻和實(shí)頻圖，其中(a)為頻率響應(yīng)函數(shù)幅頻圖，(b)為頻 率響應(yīng)函數(shù)實(shí)頻圖；圖5實(shí)施例中的相同切削條件下，沒(méi)有安裝阻尼器的切削系統(tǒng)發(fā)生顫振時(shí)切削振 動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖和裝有優(yōu)化后彈性支承干摩擦調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的切削系統(tǒng)切削過(guò)程振動(dòng)信 號(hào)時(shí)域圖，其中(a)裝有彈性支承干摩擦阻尼器，(b)無(wú)阻尼器。圖中1、基座，2、懸臂彈性梁，3、阻尼器振子，4、螺釘，5、雙層彈性摩擦片，6、調(diào)整 螺釘，7、柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，8、工件，9、刀具，10、彈性支承干摩擦阻尼器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1 圖5介紹本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例。首先如圖1，彈性支承干摩擦阻尼器10包括固定于被控對(duì)象上的基座1，固定在基 座1上的懸臂彈性梁2，阻尼器振子3通過(guò)螺釘4固定在懸臂彈性梁2上，另有懸臂固定在 基座1上的雙層彈性摩擦片5，雙層彈性摩擦片5的懸端與阻尼器振子上表面相接觸，可通 過(guò)調(diào)整螺釘6調(diào)節(jié)雙層彈性片的變形量來(lái)調(diào)整施加在阻尼器振子3上壓力，以改變振子和 摩擦片接觸面間摩擦力大小，同時(shí)雙層彈性摩擦片5在其與基座1的固定端設(shè)計(jì)有柔性鉸 鏈結(jié)構(gòu)7，如圖2所示，其為兩個(gè)半徑為R的圓弧，兩圓弧頂點(diǎn)間距為h，這兩個(gè)參數(shù)根據(jù)被 控結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化計(jì)算得到。然后按照?qǐng)D3所示，將彈性支承干摩擦阻尼器10固定在銑床工作臺(tái)上的被加工工 件8上，通過(guò)螺釘4調(diào)整阻尼器振子3在懸臂彈性梁2上位置來(lái)調(diào)整阻尼器固有頻率，通過(guò) 調(diào)整螺釘6調(diào)節(jié)摩擦力使工件在χ方向上的動(dòng)態(tài)特性達(dá)到最佳，即其最大負(fù)實(shí)部最小。沒(méi) 有阻尼器和裝有調(diào)整好的彈性支承干摩擦阻尼器10的工件χ方向的動(dòng)態(tài)特性頻率響應(yīng)函 數(shù)幅值和實(shí)部如圖4所示。由圖4可以看到，調(diào)整好的彈性支承干摩擦阻尼器10可以顯著 將低工件頻率響應(yīng)函數(shù)的最大負(fù)實(shí)部。在調(diào)整好阻尼器后，采用直徑12mm的立銑刀刀具9對(duì)結(jié)構(gòu)如圖3所示的材料為金屬鋁的工件進(jìn)行銑削加工，切削參數(shù)為徑向切深3mm，軸向切深4mm，主軸轉(zhuǎn)速2400rpm，進(jìn) 給速度0. 24mm/s，切削過(guò)程沒(méi)有發(fā)生顫振，在工件χ方向采集的切削振動(dòng)加速度信號(hào)如圖 5(a)所示。 保持同樣切削條件，將阻尼器去掉后，工件χ方向上采集到的切削振動(dòng)加速度信 號(hào)如圖5(b)所示。
權(quán)利要求用于切削顫振控制的彈性支承干摩擦調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，主體為與被控對(duì)象作用的阻尼器振子(3)，其特征在于阻尼器振子(3)通過(guò)基座(1)和板型的懸臂彈性梁(2)作用于被控對(duì)象上，該基座(1)固定在被控對(duì)象上，懸臂彈性梁(2)固定在基座(1)上，阻尼器振子(3)固定在懸臂彈性梁(2)上，并且位置可調(diào)；基座(1)上還設(shè)置有懸臂形的雙層彈性摩擦片(5)，雙層彈性摩擦片(5)的一端通過(guò)柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)(7)與基座(1)連接，另一端與阻尼器振子(3)上表面相接觸，在雙層彈性摩擦片(5)中，與阻尼器振子(3)接觸的一層彈性片較軟，另一層彈性片較硬，并且設(shè)有可調(diào)節(jié)兩層彈性片之間距離的調(diào)整螺釘(6)，通過(guò)調(diào)整螺釘(6)可調(diào)雙層彈性摩擦片(5)整施加在阻尼器振子上的接觸壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的用于切削顫振控制的彈性支承干摩擦調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征 在于所述柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)(7)為兩側(cè)呈凹圓弧形狀的連接基座(1)與雙層彈性摩擦片(5) 的連接片。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于切削顫振控制的彈性支承干摩擦調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其 特征在于所述阻尼器振子(3)在懸臂彈性梁(2)上的位置和柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)(7)的尺寸按 照被控機(jī)械結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)最大負(fù)實(shí)部最小的結(jié)果設(shè)置。
專利摘要用于切削顫振控制的彈性支承干摩擦調(diào)諧質(zhì)量阻尼器屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種抑制切削加工顫振的阻尼器結(jié)構(gòu)。阻尼器振子(3)懸臂彈性梁(2)固定于被控對(duì)象上，并且位置可調(diào)；基座(1)上還設(shè)置有懸臂形的雙層彈性摩擦片(5)，雙層彈性摩擦片(5)的一端通過(guò)柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)(7)與基座(1)連接，另一端與阻尼器振子(3)上表面相接觸，設(shè)有可調(diào)節(jié)兩層彈性片之間距離的調(diào)整螺釘(6)，通過(guò)調(diào)整螺釘(6)可調(diào)雙層彈性摩擦片(5)整施加在阻尼器振子上的接觸壓力。本實(shí)用新型通過(guò)阻尼器振子阻尼振動(dòng)和滑動(dòng)摩擦兩種方式進(jìn)行振動(dòng)抑制；并使被控機(jī)械結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)最大負(fù)實(shí)部最小，從而最大限度地提高切削系統(tǒng)最大穩(wěn)定極限切削深度。在最大限度地提高切削效率的同時(shí)，避免切削顫振的發(fā)生。
文檔編號(hào)B23Q11/00GK201739422SQ20102021120
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者昝濤, 王民 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)