[发明专利]一种基于超磁致伸缩致动器的切削加工颤振抑制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械加工领域，具体涉及一种基于超磁致伸缩致动器的切削加工颤振抑制装置。

背景技术

切削颤振产生的过程中会使得切削系统的平衡性遭受破坏，造成不稳定切削，进而会使已加工表面质量变差，因此，在半精加工与精加工过程中我们要考虑颤振带来的影响。颤振抑制的类型，一般可分为主动和被动抑制两大类，其中，主动抑制是采用由外部输入能量的控制方式，主要是指调节切削系统主动参数(主轴转速、进给量)或对系统施加一与振动位移方向相反的激振力或位移，使被控系统实现减振，但所加控制力如不合适反而可能扩大振动，如变速切削法，并不是对所有的切削条件都适用。被动抑制是指没有任何外部能量输入被控系统，只利用系统振动响应所形成的势能供给控制力，主要是通过在系统中加入吸振部件来达到减振抑振的效果，但是它不能对多频振动和时变系统的振动进行有效控制。针对在半精加工中，开发出一种积极的减振器是抑制颤振的最佳途径。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于超磁致伸缩致动器的切削加工颤振抑制装置，以提高加工过程稳定性，进一步提高加工精度和加工效率。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明针对车削加工过程设计，主要包括弹性微位移刀架1，预紧弹簧2，线圈骨架3，激励线圈4，预紧螺钉5，超磁致伸缩棒6，永磁体7以及输出顶杆8等部件组成。本发明中的超磁致伸缩棒是由超磁致伸缩材料特制而成，具有磁致伸缩应变大、响应速度快(达到μs级)、带载能力强及磁致伸缩各向异性低等优点，超磁致伸缩致动器（GMA）是利用稀土-铁超磁致伸缩材料Terfenol-D在外加磁场作用下发生形变这一特性，实现电磁能向机械能转换的一种新型转换器。本发明是一种新型高效的电(磁)能-机械能中间转换装置，具有推进力大、应变大、快速响应和无极化、无老化等优点。

本发明具有以下有益效果：应用本设计的一种基于超磁致伸缩致动器的车削加工颤振抑制装置进行车削加工，可以大大降低车削过程中的不稳定性，进而减小车削颤振，从而提高以加工工件的表面质量，提高加工效率和加工精度。

附图说明

图1是本发明的车削颤振抑制系统框图。颤振抑制系统主要包含超磁致伸缩致动器、两个传感器、两个功率放大器以及数据采集仪和一台计算机。图2是本发明的微位移刀架结构图。图中：1.弹性微位移机构，2.预紧弹簧，3.线圈骨架，4.激励线圈，5.预紧螺钉，6.超磁致伸缩棒，7.永磁体，8.输出顶杆。图3是本发明的自制刀杆示意图，尺寸已附录于图中。图4是本发明的主运动方向微位移刀架结构图。图中：1.质量块，2.推杆，3.预紧装置，4.调压弹簧，5.永磁体，6.线圈骨架，7.激励线圈，8.超磁致伸缩棒，9.顶杆，10.微位移装置。

具体实施方式

具体实施方式：结合图1、图2、图3和图4说明本发明的具体实施方式，如图1所示，颤振抑制系统主要包含超磁致伸缩致动器、两个传感器、两个功率放大器以及数据采集仪和一台计算机，其中超磁致伸缩致动器是整个系统的执行部分，计算机则为整个系统的调节控制部分，其他组成部分起到数据采集与信号处理的作用，其中传感器起到了力、振动信号向电压、电流信号的转换作用，功率放大器将采集到的小数据信号进一步放大，通过数据采集仪传给计算机。如图2所示，超磁致伸缩致动器主要由超磁致伸缩棒6、驱动线圈4、预压应力机构2、输出机构8和外套筒和端盖等结构组成，Terfenol-D棒处在激励线圈和偏置线圈产生的磁场中。当改变激励线圈中的电流时，Terfenol-D棒就会发生伸缩变形，推动导杆8运动。所以通过控制稀土-铁超磁致伸缩致动器中线圈的电流值大小来改变线圈所产生的磁场大小，就可控制稀土-铁超磁致伸缩致动器的输出位移和力，使电磁能转变为机械能。致动器的电磁场能量向机械能的转换受输入电流控制，对应不同的输入电流，其位移力的输出随之改变。

如图3所示，通过自制刀杆与以超磁致伸缩致动器为执行元件的微位移刀架(见图2)相连，车刀焊接在自制刀杆上，加工时通过螺栓连接固定在微位移刀架上。主运动方向的微位移刀架结构如图4所示，质量块1起到平衡整个结构的作用，在颤振抑制过程中，首先对激励线圈7通电，电压、电流大小及方向由传感器传到计算机的具体数值决定，并结合颤振的频率分别给出相应的控制频率。线圈通电后由于永磁体5的存在，使得超磁致伸缩棒8在磁场中作切割磁感线运动，由于稀土-铁的特殊性能会作出快速反应，推动顶杆9运动，进一步使得微位移装置10作出相应运动。

在机床的车削过程中，通过传感器测量车削加工时的切削颤振，再通过信号采集分析仪将采集到的信号输入计算机，在计算机上通过系统分析软件对信号进行分析处理并最终输出。切削颤振的抑制是通过在信号显示颤振发生时，通过功率放大器给微位移刀架加入振动激振信号，通过超磁致伸缩致动器的微位移改变来实现振动切削，从而起到抑制颤振的目的。