[发明专利]基于磁流变液挤压工作模式的动力吸振车刀

说明书

技术领域

本发明涉及一种车削加工减振装置，尤其是一种基于磁流变液挤压工作模式的动力吸振车刀。

背景技术

近年来，高速、精密切削加工技术已越来越多地应用于航空航天、光电和通讯等领域内大型、精密零部件的切削加工中，随着应用研究的不断完善和深入，微幅、超微幅振动对加工精度提高的制约作用日益凸显，在采用空气弹簧及相关主动控制方法有效隔离机外振源的基础上，来自于切削加工过程自身的振动已走入研究者的视线，成为限制高效精密切削技术发挥优势的关键因素之一。因此，寻求有效抑制切削颤振的新方法已迫在眉睫。

磁流变液作为一种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、动态范围广、实时调节性好等特点，已被逐渐应用于土木工程、汽车悬架和机械加工等各种减振场合中，然而，现有的磁流变减振装置大都属于阻尼减振，而动力吸振也是振动控制中经常采用的一种高效减振方法，通过适当的调节，该方法的减振效果要优于单纯的阻尼减振。王勋龙等将动力吸振器应用于车辆减振，并研究了各种参数对动力吸振器减振性能的影响；魏榕祥等通过在飞机平尾翼尖处安装动力吸振器来吸收某一确定频率的振动能量，以达到减振的目的；Foo E等建立了弹性车体动力学模型, 研究了基于动力吸振器的车辆运行平稳性及其控制方法； Jia Jangwu研究了动力减振器螺旋弹簧的惯性效应对镗杆动态特性的影响；Felipe Antonio CheguryViana等人基于蚁群算法设计了可调动态减振器；邵俊鹏等应用虚拟样机技术对动力减振器的参数进行了优化。研究表明，该方法虽然可以取得很好的减振效果，但其结构参数一经优化确定后即无法调整，因此，如果将动力减振原理与磁流变效应结合用于切削加工系统，则可以根据颤振频率，通过电参数的调节适当改变磁流变动力吸振器的固有频率等动力学参数，从而最大限度地吸收切削系统的振动能量,对不同切削状态下的颤振进行有效的半主动实时控制。

磁流变液的工作模式有流动、剪切和挤压三种。相比于剪切和流动模式，挤压模式下磁流变液的流变特性更加复杂、产生的屈服强度更大。Alireza等的研究表明，磁流变液在挤压模式下能产生很大的可控力，并首次发现了磁流变液的凝聚效应；徐春晖等采用二阶流体本构关系研究了平行圆盘间牛顿流体的挤压流动；廖昌荣等分析了基于圆盘挤压模式的磁流变阻尼器的工作特性，对挤压模式的磁流变液阻尼器设计具有一定的参考价值。与磁流变液挤压特性的研究相比，基于挤压模式的磁流变器件应用研究还鲜见报道。陈吉安等对用于车辆的磁流变减振器进行了设计，提出了一种剪切模式的磁流变减振器模型；王其东等人设计了基于流动模式和剪切模式的磁流变半主动悬架模糊控制减振器；梅德庆等人申请的发明专利将磁流变效应引入镗削加工中，研制了剪切模式和挤压模式混合的磁流变液自抑振智能镗杆系统。综上所述，本发明在动力减振原理的基础上，针对零件长径比数值较大的轴类零件外圆车削加工工况，研制可代替普通车刀的挤压模式磁流变动力吸振车刀。

发明内容

本发明是要解决细长轴类零件外圆车削过程中发生的颤振技术问题，而提供一种基于磁流变液挤压工作模式的动力吸振车刀，该动力吸振车刀可针对不同外圆车削工况下的颤振频率，通过外加磁场的作用，对附加在车刀上的磁流变动力吸振部件的刚度、阻尼及固有频率等动特性参数进行实时调节，从而最大限度地吸收车刀的振动能量，抑制车削颤振的发生。该吸振车刀调整方便、可适用于各类外圆车削工况。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于磁流变液挤压工作模式的动力吸振车刀，由与普通车刀固定连接的主振部件和悬挂在其上的磁流变动力吸振部件组成，其特点是：主振部件与磁流变动力吸振部件之间通过磁场下可变刚度、阻尼的磁流变液和滚珠进行柔性支撑和连接，其中，滚珠安装在主振部件刀杆轴两侧的键槽里，磁流变液填充在磁流变动力吸振部件的圆盘形磁极、上、下箱体、端盖和主振部件的第一、二圆盘状铁芯间的轴向间隙内。

主振部件包括经改造的普通车刀、刀杆轴、第一、二圆盘状铁芯，普通车刀与刀杆轴通过其上的莫氏圆锥定位，在径向采用斜楔楔紧，并在斜楔的一端用螺母紧固；第一、二圆盘状铁芯分别与刀杆轴过渡配合连接，第一、二圆盘状铁芯上的方形凹槽内缠绕励磁线圈。

磁流变动力吸振部件由上箱体、下箱体、圆盘形磁极和端盖组成，上箱体与下箱体之间通过内螺纹圆锥销定位并由螺栓和螺母紧固，圆盘形磁极与上、下箱体内的环槽在轴向间隙配合连接，端盖依靠其一端的凸台与上、下箱体定位并由螺钉紧固。

圆盘形磁极、第一、二圆盘状铁芯均为圆环形，所述上箱体上开有用于测量磁极间隙、引线和注入磁流变液的方形孔。