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：
本發(fā)明屬于機(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，是金屬切削機(jī)床在切削過程 中產(chǎn)生的刀 具和工件之間十分強(qiáng)烈的相對振動。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。隨著工廠自動化發(fā)展，操作者日 益遠(yuǎn)離加工現(xiàn)場，通過顫振預(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 對切削顫振進(jìn)行在線監(jiān)視和控制的任務(wù)變得越來越迫切，越來越有意義。目前比較成熟的顫振控制方法，是通過在系統(tǒng)中加入阻尼吸振部件來達(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，并帶動沖擊塊在阻尼室內(nèi)跳動，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)動時(shí)，只有 這樣，沖擊的能量損耗才有助抑制振動。EDHI，E提出了一個(gè)摩擦阻尼器來控制鏜削過程中 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，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，用它來控制磁場力的幅值。可 以用來解決頻率高于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)量通過阻尼元件和彈性元 件與主振系統(tǒng)相連，通過將主振系統(tǒng)的振動能量轉(zhuǎn)換為附加質(zhì)量的運(yùn)動能量來抑制主振系 統(tǒng)的振動。Eugene I等設(shè)計(jì)了可調(diào)式動力阻尼吸振器，可以通過調(diào)整其彈性元件、阻尼元件 來達(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，本發(fā)明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)可以通過阻尼器振子阻尼振動和滑動摩擦兩種方式進(jìn)行振動抑制。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下設(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，主體為與被控對象作用的 阻尼器振子，其特征在于阻尼器振子通過基座和板型的懸臂彈性梁作用于被控對象上，該 基座固定在被控對象上，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。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。本發(fā)明具有的有益作用是本發(fā)明通過結(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本發(fā)明彈性支承干摩擦調(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)量阻尼器和無阻尼器的兩種情 況下切削系統(tǒng)動態(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，沒有安裝阻尼器的切削系統(tǒng)發(fā)生顫振時(shí)切削振 動信號時(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)切削過程振動信 號時(shí)域圖，其中(a)裝有彈性支承干摩擦阻尼器，(b)無阻尼器。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)施例方式下面結(jié)合圖1 圖5介紹本發(fā)明的一優(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 過調(diào)整螺釘6調(diào)節(jié)雙層彈性片的變形量來調(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。然后按照圖3所示，將彈性支承干摩擦阻尼器10固定在銑床工作臺上的被加工工 件8上，通過螺釘4調(diào)整阻尼器振子3在懸臂彈性梁2上位置來調(diào)整阻尼器固有頻率，通過 調(diào)整螺釘6調(diào)節(jié)摩擦力使工件在χ方向上的動態(tài)特性達(dá)到最佳，即其最大負(fù)實(shí)部最小。沒 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O. 24mm/s，切削過程沒有發(fā)生顫振，在工件X方向采集的切削振動加速度信號如圖 5(a)所示。 保持同樣切削條件，將阻尼器去掉后，工件X方向上采集到的切削振動加速度信 號如圖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，主體為與被控對象作用的阻尼器振子(3)，其特征在于阻尼器振子(3)通過基座(1)和板型的懸臂彈性梁(2)作用于被控對象上，該基座(1)固定在被控對象上，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。
全文摘要
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。本發(fā)明通過阻尼器振子阻尼振動和滑動摩擦兩種方式進(jìn)行振動抑制；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F16F15/02GK101839302SQ20101018623
公開日2010年9月22日 申請日期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 申請人:北京工業(yè)大學(xué)