本發(fā)明涉及一種機(jī)械加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于超磁致伸縮致動(dòng)器的切削加工顫振抑制裝置。

背景技術(shù)：

切削顫振產(chǎn)生的過程中會(huì)使得切削系統(tǒng)的平衡性遭受破壞，造成不穩(wěn)定切削，進(jìn)而會(huì)使已加工表面質(zhì)量變差，因此，在半精加工與精加工過程中我們要考慮顫振帶來的影響。顫振抑制的類型，一般可分為主動(dòng)和被動(dòng)抑制兩大類，其中，主動(dòng)抑制是采用由外部輸入能量的控制方式，主要是指調(diào)節(jié)切削系統(tǒng)主動(dòng)參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量)或?qū)ο到y(tǒng)施加一與振動(dòng)位移方向相反的激振力或位移，使被控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)減振，但所加控制力如不合適反而可能擴(kuò)大振動(dòng)，如變速切削法，并不是對所有的切削條件都適用。被動(dòng)抑制是指沒有任何外部能量輸入被控系統(tǒng)，只利用系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)所形成的勢能供給控制力，主要是通過在系統(tǒng)中加入吸振部件來達(dá)到減振抑振的效果，但是它不能對多頻振動(dòng)和時(shí)變系統(tǒng)的振動(dòng)進(jìn)行有效控制。針對在半精加工中，開發(fā)出一種積極的減振器是抑制顫振的最佳途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種基于超磁致伸縮致動(dòng)器的切削加工顫振抑制裝置，以提高加工過程穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高加工精度和加工效率。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明針對車削加工過程設(shè)計(jì)，主要包括彈性微位移刀架1，預(yù)緊彈簧2，線圈骨架3，激勵(lì)線圈4，預(yù)緊螺釘5，超磁致伸縮棒6，永磁體7以及輸出頂桿8等部件組成。本發(fā)明中的超磁致伸縮棒是由超磁致伸縮材料特制而成，具有磁致伸縮應(yīng)變大、響應(yīng)速度快(達(dá)到μs級)、帶載能力強(qiáng)及磁致伸縮各向異性低等優(yōu)點(diǎn)，超磁致伸縮致動(dòng)器（gma）是利用稀土-鐵超磁致伸縮材料terfenol-d在外加磁場作用下發(fā)生形變這一特性，實(shí)現(xiàn)電磁能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換的一種新型轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明是一種新型高效的電(磁)能-機(jī)械能中間轉(zhuǎn)換裝置，具有推進(jìn)力大、應(yīng)變大、快速響應(yīng)和無極化、無老化等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明具有以下有益效果：應(yīng)用本設(shè)計(jì)的一種基于超磁致伸縮致動(dòng)器的車削加工顫振抑制裝置進(jìn)行車削加工，可以大大降低車削過程中的不穩(wěn)定性，進(jìn)而減小車削顫振，從而提高以加工工件的表面質(zhì)量，提高加工效率和加工精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的車削顫振抑制系統(tǒng)框圖。顫振抑制系統(tǒng)主要包含超磁致伸縮致動(dòng)器、兩個(gè)傳感器、兩個(gè)功率放大器以及數(shù)據(jù)采集儀和一臺(tái)計(jì)算機(jī)。圖2是本發(fā)明的微位移刀架結(jié)構(gòu)圖。圖中：1.彈性微位移機(jī)構(gòu)，2.預(yù)緊彈簧，3.線圈骨架，4.激勵(lì)線圈，5.預(yù)緊螺釘，6.超磁致伸縮棒，7.永磁體，8.輸出頂桿。圖3是本發(fā)明的自制刀桿示意圖，尺寸已附錄于圖中。圖4是本發(fā)明的主運(yùn)動(dòng)方向微位移刀架結(jié)構(gòu)圖。圖中：1.質(zhì)量塊，2.推桿，3.預(yù)緊裝置，4.調(diào)壓彈簧，5.永磁體，6.線圈骨架，7.激勵(lì)線圈，8.超磁致伸縮棒，9.頂桿，10.微位移裝置。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式：結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，如圖1所示，顫振抑制系統(tǒng)主要包含超磁致伸縮致動(dòng)器、兩個(gè)傳感器、兩個(gè)功率放大器以及數(shù)據(jù)采集儀和一臺(tái)計(jì)算機(jī)，其中超磁致伸縮致動(dòng)器是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部分，計(jì)算機(jī)則為整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制部分，其他組成部分起到數(shù)據(jù)采集與信號處理的作用，其中傳感器起到了力、振動(dòng)信號向電壓、電流信號的轉(zhuǎn)換作用，功率放大器將采集到的小數(shù)據(jù)信號進(jìn)一步放大，通過數(shù)據(jù)采集儀傳給計(jì)算機(jī)。如圖2所示，超磁致伸縮致動(dòng)器主要由超磁致伸縮棒6、驅(qū)動(dòng)線圈4、預(yù)壓應(yīng)力機(jī)構(gòu)2、輸出機(jī)構(gòu)8和外套筒和端蓋等結(jié)構(gòu)組成，terfenol-d棒處在激勵(lì)線圈和偏置線圈產(chǎn)生的磁場中。當(dāng)改變激勵(lì)線圈中的電流時(shí)，terfenol-d棒就會(huì)發(fā)生伸縮變形，推動(dòng)導(dǎo)桿8運(yùn)動(dòng)。所以通過控制稀土-鐵超磁致伸縮致動(dòng)器中線圈的電流值大小來改變線圈所產(chǎn)生的磁場大小，就可控制稀土-鐵超磁致伸縮致動(dòng)器的輸出位移和力，使電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。致動(dòng)器的電磁場能量向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換受輸入電流控制，對應(yīng)不同的輸入電流，其位移力的輸出隨之改變。

如圖3所示，通過自制刀桿與以超磁致伸縮致動(dòng)器為執(zhí)行元件的微位移刀架(見圖2)相連，車刀焊接在自制刀桿上，加工時(shí)通過螺栓連接固定在微位移刀架上。主運(yùn)動(dòng)方向的微位移刀架結(jié)構(gòu)如圖4所示，質(zhì)量塊1起到平衡整個(gè)結(jié)構(gòu)的作用，在顫振抑制過程中，首先對激勵(lì)線圈7通電，電壓、電流大小及方向由傳感器傳到計(jì)算機(jī)的具體數(shù)值決定，并結(jié)合顫振的頻率分別給出相應(yīng)的控制頻率。線圈通電后由于永磁體5的存在，使得超磁致伸縮棒8在磁場中作切割磁感線運(yùn)動(dòng)，由于稀土-鐵的特殊性能會(huì)作出快速反應(yīng)，推動(dòng)頂桿9運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步使得微位移裝置10作出相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。

在機(jī)床的車削過程中，通過傳感器測量車削加工時(shí)的切削顫振，再通過信號采集分析儀將采集到的信號輸入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上通過系統(tǒng)分析軟件對信號進(jìn)行分析處理并最終輸出。切削顫振的抑制是通過在信號顯示顫振發(fā)生時(shí)，通過功率放大器給微位移刀架加入振動(dòng)激振信號，通過超磁致伸縮致動(dòng)器的微位移改變來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)切削，從而起到抑制顫振的目的。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于超磁致伸縮致動(dòng)器的切削加工顫振抑制裝置，包括彈性微位移機(jī)構(gòu)、預(yù)緊彈簧、線圈骨架、激勵(lì)線圈、預(yù)緊螺釘、超磁致伸縮棒、永磁體、輸出頂桿、推桿和質(zhì)量塊等。主要特征為超磁致伸縮致動(dòng)器是利用稀土?鐵超磁致伸縮材料Terfenol?D在外加磁場作用下發(fā)生形變這一特性，實(shí)現(xiàn)電磁能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換的一種新型轉(zhuǎn)換器。建立以超磁致伸縮致動(dòng)器為執(zhí)行元件的微位移刀架切削系統(tǒng)，通過給微位移刀架施加振動(dòng)切削信號，從而抑制切削振動(dòng)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉二亮;邢宏偉;王明明;徐志超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.14
技術(shù)公布日：2017.08.18