復(fù)合式智能深孔加工減振器及優(yōu)選輔助支撐位置自移動(dòng)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域，為解決目前深孔加工過(guò)程中，靠經(jīng)驗(yàn)人工盲目移動(dòng)輔助支撐位置，且減振效果不理想的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種復(fù)合式智能深孔加工減振器優(yōu)選輔助支撐位置自移動(dòng)控制方法，復(fù)合式智能深孔加工減振器包括磁流變液阻尼器、機(jī)械阻尼系統(tǒng)和自移動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，磁流變液阻尼器包括磁流變液流體腔和減振碟盤，減振碟盤安裝于磁流變液流體腔內(nèi)，磁流變液流體腔的外側(cè)設(shè)有支撐隔板槽，支撐隔板槽上纏繞通電線圈；磁流變液阻尼器、機(jī)械阻尼系統(tǒng)均安裝在自移動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)上；本發(fā)明結(jié)構(gòu)獨(dú)特，對(duì)有效抑制深孔鉆桿振動(dòng)，提高深孔加工精度，實(shí)現(xiàn)高檔深孔機(jī)床的智能數(shù)字化控制具有重要意義。
【專利說(shuō)明】
復(fù)合式智能深孔加工減振器及優(yōu)選輔助支撐位置自移動(dòng)控制 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合式智能深孔加工減振器 及優(yōu)選輔助支撐位置自移動(dòng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 深孔加工是裝備制造業(yè)的一個(gè)重要分支，其廣泛應(yīng)用于軍工、航空、航天、高鐵、機(jī) 床、發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車、能源采掘等領(lǐng)域。由于深孔零件的特殊功能，深孔零件常常成為決定產(chǎn)品 質(zhì)量和效益的關(guān)鍵件。特別是現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品對(duì)功能、結(jié)構(gòu)方面的要求越來(lái)越高，深孔加工不 斷向著高精度、高效率、智能化的方向發(fā)展，而深孔加工因其大長(zhǎng)徑比，多干擾性約束的獨(dú) 特性，產(chǎn)生了其剛度系統(tǒng)差、冷卻難、振動(dòng)明顯的固有劣勢(shì)，加之深孔加工中刀具的旋轉(zhuǎn)及 進(jìn)給，同時(shí)伴隨著高壓切削液的動(dòng)載荷耦合作用，這導(dǎo)致深孔加工中的彎曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻繁， 并加劇了深孔加工刀具的磨損。而且目前深孔加工過(guò)程中，一般都是靠經(jīng)驗(yàn)人工盲目移動(dòng) 輔助支撐位置，缺乏智能主動(dòng)抑振措施，導(dǎo)致減振效果不理想。
[0003] 針對(duì)深孔加工系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)渦動(dòng)、非線性振動(dòng)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)此進(jìn)行了 大量的實(shí)踐與理論研究，通過(guò)優(yōu)化鉆削參數(shù)、刀具參數(shù)，增加輔助支撐裝置等措施來(lái)抑制振 動(dòng)，也有研究者建立了深孔加工系統(tǒng)模型，研究中心支撐、輔助支撐位置、數(shù)量等對(duì)振動(dòng)的 影響，但具體應(yīng)用于實(shí)踐的研究還很少，同時(shí)兼顧輔助支撐位置與鉆削深度的相互匹配及 智能可控減振功能的深孔加工輔助支撐裝置，更是未曾出現(xiàn)。
[0004] 因此，研制高檔數(shù)控深孔加工機(jī)床，解決深孔加工弱剛度系統(tǒng)問(wèn)題，從而有效控制 動(dòng)態(tài)振動(dòng)難題，最終實(shí)現(xiàn)高精度深孔加工的目標(biāo)已刻不容緩。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明為解決目前深孔加工過(guò)程中，靠經(jīng)驗(yàn)人工盲目移動(dòng)輔助支撐位置，且減振 效果不理想的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種復(fù)合式智能深孔加工減振器及優(yōu)選輔助支撐位置自移 動(dòng)控制方法。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種復(fù)合式智能深孔加工減振器，包括減振系統(tǒng)和自移動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，所述減振系統(tǒng)包 括磁流變液阻尼器和機(jī)械阻尼系統(tǒng)； 所述磁流變液阻尼器包括通電線圈、支撐隔板槽、減振碟盤、磁流變液、以及減振系統(tǒng) 前端蓋和減振系統(tǒng)后端蓋組成的磁流變液流體腔，所述磁流變液流體腔中充滿磁流變液， 所述減振碟盤貫穿安裝于磁流變液流體腔內(nèi)，磁流變液流體腔的外側(cè)設(shè)置有支撐隔板槽， 所述通電線圈纏繞于支撐隔板槽上； 所述機(jī)械阻尼系統(tǒng)包括套設(shè)在鉆桿外壁的刀桿支撐套、錐形阻尼套、錐套座、深溝球軸 承、深溝球軸承座、軸承擋圈、壓圈、推力球軸承、壓套、推力軸承定位軸、驅(qū)動(dòng)座和直線驅(qū)動(dòng) 器，所述錐形阻尼套套設(shè)在刀桿支撐套外壁，錐形阻尼套外設(shè)有錐套座，錐套座的前端固定 設(shè)置有壓圈，壓圈與減振系統(tǒng)前端蓋之間緊密配合，磁流變液流體腔的內(nèi)側(cè)設(shè)置有深溝球 軸承座，所述深溝球軸承座兩側(cè)與減振系統(tǒng)前端蓋和減振系統(tǒng)后端蓋之間緊密配合，深溝 球軸承座兩側(cè)階梯孔分別安裝第一深溝球軸承和第二深溝球軸承，第一深溝球軸承和第二 深溝球軸承的內(nèi)圈之間設(shè)有軸承擋圈，所述軸承擋圈安裝于錐套座上，所述錐套座的后端 設(shè)有外凸卡臺(tái)，外凸卡臺(tái)作用于第二深溝球軸承的內(nèi)圈外側(cè)，錐形阻尼套的后端連接有推 力軸承定位軸，推力軸承定位軸上套設(shè)有推力球軸承，推力軸承定位軸與驅(qū)動(dòng)座螺紋連接， 減振系統(tǒng)后端蓋的內(nèi)腔與驅(qū)動(dòng)座之間設(shè)有壓套，壓套上設(shè)有三級(jí)軸孔，第一級(jí)軸孔作用于 推力球軸承的外圈，第三級(jí)軸孔作用于推力軸承定位空心軸，壓套與驅(qū)動(dòng)座之間通過(guò)螺釘 連接，驅(qū)動(dòng)座的法蘭上與鉆桿軸線水平平行的兩側(cè)分別連接有一個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器； 所述自移動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)包括支座、伺服電機(jī)、電機(jī)座、聯(lián)軸器、錐齒輪減速機(jī)、滑塊、直線 導(dǎo)軌、進(jìn)給主軸、斜齒輪和減振系統(tǒng)底座，所述支座由水平臺(tái)和兩側(cè)的支撐板構(gòu)成，所述支 撐板的一側(cè)焊接電機(jī)座，電機(jī)座的一側(cè)安裝伺服電機(jī)，另一側(cè)安裝聯(lián)軸器和錐齒輪減速機(jī)， 伺服電機(jī)、聯(lián)軸器與錐齒輪減速機(jī)相互連接，減振系統(tǒng)底座下左右兩側(cè)沿鉆桿軸向方向設(shè) 有滑塊和與滑塊相配合的直線導(dǎo)軌，錐齒輪減速機(jī)安裝于減振系統(tǒng)底座橫跨兩直線導(dǎo)軌的 中心處，錐齒輪減速機(jī)上連接進(jìn)給主軸，進(jìn)給主軸上安裝有斜齒輪； 所述減振系統(tǒng)前端蓋或減振系統(tǒng)后端蓋上設(shè)有與通電線圈相連通的電源線連接通道， 減振系統(tǒng)前端蓋與減振系統(tǒng)后端蓋通過(guò)螺釘固定，所述減振碟盤安裝于深溝球軸承座上， 所述直線驅(qū)動(dòng)器水平安裝于支座上，所述支座和減振系統(tǒng)前端蓋固定安裝于減振系統(tǒng)底座 上。
[0007] 所述減振碟盤縱向截面半側(cè)呈扇形狀，軸向兩側(cè)開(kāi)設(shè)有環(huán)形網(wǎng)格狀的凸臺(tái)和凹 槽，減振碟盤依靠鍵、緊定螺釘及深溝球軸承座上的定位軸肩固定在深溝球軸承座上。
[0008] 所述錐形阻尼套的前端和后端分別交錯(cuò)相間均布開(kāi)設(shè)未貫穿的楔縫。
[0009] 所述深溝球軸承座兩側(cè)與減振系統(tǒng)前端蓋和減振系統(tǒng)后端蓋之間分別設(shè)有密封 墊圈。
[0010] 所述壓套與減振系統(tǒng)后端蓋的內(nèi)腔之間設(shè)有毛氈密封圈。
[0011] -種復(fù)合式智能深孔加工減振器優(yōu)選輔助支撐位置自移動(dòng)控制方法，具體實(shí)施步 驟為： 將長(zhǎng)度為I的鉆桿離散為N個(gè)節(jié)點(diǎn)，并將鉆削深度4離散為N個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)確定的加工孔 徑、內(nèi)外直徑及材料屬性，由公式：
獲得輔助支撐位置、鉆削深度及鉆桿振動(dòng)之間的關(guān)系，從而求得最優(yōu)輔助支撐位置解； (1) .確定第一節(jié)點(diǎn)輔助支撐位置尥：
其中，
從而數(shù)值解出與鉆削深度In相匹配的最優(yōu)匕解； (2) .確定初始輔助支撐位置根據(jù)確定的第一輔助支撐位置因預(yù)鉆引導(dǎo)孔的 存在，將初始輔助支撐位置相對(duì)后移即可； (3) .確定第二節(jié)點(diǎn)輔助支撐位置H
中，
從而數(shù)值解出與鉆削深度相匹配的最優(yōu)1?:解； (4) .確定各節(jié)點(diǎn)輔助支撐位置:!^1:、^,^:運(yùn)用上述方法，
，依次獲得 各鉆削深度節(jié)點(diǎn)處相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)輔助支撐位置解； (5) .根據(jù)確定的優(yōu)選輔助支撐位置，確定每?jī)蓚€(gè)相鄰支撐位置之間的位移差
，從而，確定每相鄰支撐位置間的移動(dòng)速度夂:^ ，而深孔加 工刀具進(jìn)給速度％為恒定值，依據(jù)刀具進(jìn)給速度寫，監(jiān)控深孔加工深度4 = ??.，從而，建 立自移動(dòng)速度及刀具進(jìn)給速度'備之間的關(guān)系_ = ;通過(guò)預(yù)設(shè)輔助支撐減振裝置變 速度調(diào)整程序，實(shí)現(xiàn)輔助支撐位置與鉆削深度的自動(dòng)相互匹配，達(dá)到最佳減振性能的優(yōu) 選支撐位置捕捉。
[0012] 本發(fā)明的有益效果： 1、本發(fā)明將機(jī)械減振與磁流變液阻尼器復(fù)合為一體，二者相輔相成，結(jié)構(gòu)緊湊，通過(guò)錐 形阻尼套與鉆桿完全抱緊，增大阻尼，即產(chǎn)生減振作用，又更能貼切地映射鉆桿的振動(dòng)狀 況，并將振動(dòng)狀況傳遞到減振碟盤，進(jìn)而使得磁流變液阻尼器快速產(chǎn)生主動(dòng)抑振作用，通過(guò) 機(jī)械阻尼與磁流變液逆變機(jī)制的耦合作用，極大地增強(qiáng)了抑振效果，即使磁流變液阻尼器 發(fā)生異常，機(jī)械阻尼系統(tǒng)也可以起到較好的抑振作用，同時(shí)，磁流變液阻尼器彌補(bǔ)了機(jī)械阻 尼系統(tǒng)不可主動(dòng)調(diào)控的缺點(diǎn)。
[0013] 2、本發(fā)明中的錐形阻尼套前、后端分別交錯(cuò)相間均布開(kāi)設(shè)未貫穿的楔縫，通過(guò)直 線度驅(qū)動(dòng)器的推拉作用實(shí)現(xiàn)抱緊或松開(kāi)，從而增大或減小阻尼。
[0014] 3、本發(fā)明中的減振碟盤縱向截面半側(cè)呈扇形狀，軸向兩側(cè)均布開(kāi)設(shè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凹 槽和凸臺(tái)，增大了減振碟盤與磁流變液的接觸面積，更利于對(duì)磁流變液的剪切或移動(dòng)，從而 激勵(lì)磁流變液發(fā)生作用。
[0015] 4、本發(fā)明采用磁流變阻尼器響應(yīng)快速、連續(xù)及可逆轉(zhuǎn)化的優(yōu)越性能，在不同的優(yōu) 選支撐位置范圍內(nèi)，通過(guò)施加不同外加電流的作用，完成減振性能的最優(yōu)主動(dòng)調(diào)控，其更適 用于大跨度深孔鉆桿系統(tǒng)振動(dòng)的有效控制。
[0016] 5、本發(fā)明利用直線驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)錐形阻尼套的抱緊與松開(kāi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速，易 于實(shí)現(xiàn)控制。
[0017] 6、本發(fā)明由伺服電機(jī)來(lái)控制減振器的移動(dòng)速度，依據(jù)深孔加工刀具-鉆桿進(jìn)給速 度，可實(shí)時(shí)監(jiān)控深孔加工深度，并根據(jù)加工要求，確定初始支撐位置（即初始刀具距離輔助 支撐的位置），通過(guò)理論研究建立的包含鉆桿長(zhǎng)度、進(jìn)給速度、輔助支撐位置等的數(shù)學(xué)模型， 建立輔助支撐位置與鉆削深度的優(yōu)化路徑，從而設(shè)定輔助支撐減振裝置變速度調(diào)整程序， 從而以刀具-鉆桿進(jìn)給速度和輔助支撐裝置移動(dòng)速度之間的匹配調(diào)整，實(shí)現(xiàn)輔助支撐位置 與鉆削深度的自動(dòng)相互匹配，達(dá)到最佳減振性能的優(yōu)選支撐位置捕捉。
[0018] 7、本發(fā)明中的自移動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，利用主軸系統(tǒng)帶動(dòng)斜齒輪與機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的固定 齒條相互嚙合，并安裝于兩滑動(dòng)導(dǎo)軌中間位置，受力均勻，運(yùn)行平穩(wěn)。自移動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)減少 了輔助支撐的數(shù)量，同時(shí)也相對(duì)減小了相同加工深度下鉆桿的長(zhǎng)度。
[0019] 8、本發(fā)明同時(shí)利用自移動(dòng)調(diào)整速度與刀具進(jìn)給速度的相對(duì)速度差，利于錐形阻尼 套的抱緊。
[0020] 9、采用本發(fā)明對(duì)不同加工尺寸要求，只需相應(yīng)更換鉆桿、刀桿支撐套和驅(qū)動(dòng)座，BP 可方便、簡(jiǎn)捷的保證輔助支撐功能的統(tǒng)一性。
[0021] 10、本發(fā)明從機(jī)械減振系統(tǒng)、磁流變液阻尼器、優(yōu)選輔助支撐位置、智能控制等多 方位角度，有效改善對(duì)深孔鉆桿系統(tǒng)的輔助支撐減振功效。將機(jī)械減振系統(tǒng)與磁流變液阻 尼器集成于一體，利用卡扣固定于底座，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體拆卸方便。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明的主視圖； 圖2為本發(fā)明的側(cè)視圖； 圖3為減振碟盤的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為錐形阻尼套的主視圖； 圖5為錐形阻尼套的側(cè)視圖； 圖6為自移動(dòng)變速度控制策略原理圖； 圖中：1-通電線圈；2-支撐隔板槽;3-磁流變液流體腔;4-減振碟盤;5-密封墊圈；6-第 一深溝球軸承;7-第二深溝球軸承;8-壓圈;9-錐套座；10-鉆桿;11-刀桿支撐套；12-錐形阻 尼套；13-軸承擋圈；14-深溝球軸承座；15-鍵；16-減振系統(tǒng)前端蓋；17-電源線連接通道； 18-吊環(huán)螺釘；19-磁流變液;20-密封圈；21-減振系統(tǒng)后端蓋;22-緊定螺釘;23-毛毯密封 圈；24-推力球軸承；25-壓套；26-推力軸承定位軸；27-內(nèi)六角圓柱頭螺釘;28-驅(qū)動(dòng)座； 29-直線驅(qū)動(dòng)器前接頭30-法蘭；31-直線驅(qū)動(dòng)器;32-支座；33-錐齒輪減速機(jī)；34-進(jìn)給主 軸;35-斜齒輪;36-鎖緊螺栓;37-雙頭螺柱;38-鎖扣;39-減振系統(tǒng)底座;40-電機(jī)座;41-聯(lián) 軸器;42-伺服電機(jī);43-滑塊;44-直線導(dǎo)軌;45-工件;46-減振器輔助支撐。
【具體實(shí)施方式】
[0023] -種復(fù)合式智能深孔加工減振器，包括減振系統(tǒng)和自移動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，所述減振系 統(tǒng)包括磁流變液阻尼器和機(jī)械阻尼系統(tǒng)； 如圖1、2所示，所述磁流變液阻尼器包括通電線圈1、支撐隔板槽2、減振碟盤4、磁流變 液19、以及減振系統(tǒng)前端蓋16和減振系統(tǒng)后端蓋21組成的磁流變液流體腔3,所述磁流變液 流體腔3中充滿磁流變液19，所述減振碟盤4貫穿安裝于磁流變液流體腔3內(nèi)，磁流變液流體 腔3的外側(cè)設(shè)置有支撐隔板槽2,所述通電線圈1纏繞于支撐隔板槽2上，如圖3所示，為了增 大減振碟盤4與磁流變液19的接觸面積，所述減振碟盤4兩側(cè)開(kāi)設(shè)有環(huán)形網(wǎng)格狀的凸臺(tái)，所 述減振系統(tǒng)前端蓋16或減振系統(tǒng)后端蓋21上設(shè)有與通電線圈1相連通的電源線連接通道 17,減振系統(tǒng)前端蓋16與減振系統(tǒng)后端蓋21通過(guò)內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定，為防止磁流變液 19泄露，減振系統(tǒng)前端蓋16與減振系統(tǒng)后端蓋21連接處設(shè)有密封圈20。
[0024]如圖1、2所示，所述機(jī)械阻尼系統(tǒng)包括套設(shè)在鉆桿10外壁的刀桿支撐套11、錐形阻 尼套12、錐套座9、深溝球軸承、深溝球軸承座14、軸承擋圈13、壓圈8、推力球軸承24、壓套 25、推力軸承定位軸26、驅(qū)動(dòng)座28和直線驅(qū)動(dòng)器31，所述錐形阻尼套12套設(shè)在刀桿支撐套11 外壁，錐形阻尼套12外設(shè)有錐套座9,錐套座9的前端固定設(shè)置有壓圈8,壓圈8與減振系統(tǒng)前 端蓋16之間緊密配合，磁流變液流體腔3的內(nèi)側(cè)設(shè)置有深溝球軸承座14,所述深溝球軸承座 14兩側(cè)與減振系統(tǒng)前端蓋16和減振系統(tǒng)后端蓋21之間緊密配合，并分別設(shè)有密封墊圈5,防 止磁流變液的泄露，深溝球軸承座14兩側(cè)階梯孔分別安裝第一深溝球軸承6和第二深溝球 軸承7,并保證兩深溝球軸承與深溝球軸承座14之間過(guò)渡配合，第一深溝球軸承6和第二深 溝球軸承7的內(nèi)圈之間設(shè)有軸承擋圈13，所述軸承擋圈13安裝于錐套座9上，所述錐套座9的 后端設(shè)有外凸卡臺(tái)，外凸卡臺(tái)及減振系統(tǒng)后端蓋21的偏軸心側(cè)臺(tái)階作用于第二深溝球軸承 7的內(nèi)、外圈外側(cè)，實(shí)現(xiàn)深溝球軸承的定位，8-壓圈外側(cè)及減振系統(tǒng)前端蓋16的偏軸心側(cè)臺(tái) 階分別作用于第一深溝球軸承6的內(nèi)、外圈；減振碟盤4通過(guò)鍵15、緊定螺釘22及深溝球軸承 座上的定位擋圈被軸向夾緊于深溝球軸承座上（即定位），并實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，伴隨著旋轉(zhuǎn)鉆 桿10動(dòng)態(tài)振動(dòng)，減振碟盤4相應(yīng)映射其狀態(tài)，略微的轉(zhuǎn)動(dòng)或橫向移動(dòng)，都將引起減振碟盤4剪 切磁流變液;錐形阻尼套12的后端連接有推力軸承定位軸26,推力軸承定位軸26上套設(shè)有 推力球軸承24，推力軸承定位軸26的內(nèi)孔帶有螺紋，與驅(qū)動(dòng)座28的第一級(jí)軸孔間螺紋連接， 減振系統(tǒng)后端蓋21的內(nèi)腔與驅(qū)動(dòng)座28之間設(shè)有壓套25,壓套25與減振系統(tǒng)后端蓋21的內(nèi)腔 之間采用毛氈密封圈23密封，壓套25上設(shè)有三級(jí)軸孔，第一級(jí)軸孔作用于推力球軸承24的 外圈，第三級(jí)軸孔作用于推力軸承定位空心軸26,壓套25與驅(qū)動(dòng)座28之間通過(guò)內(nèi)六角圓柱 頭螺釘27連接，驅(qū)動(dòng)座28的法蘭上與鉆桿10軸線水平平行的兩側(cè)分別連接有一個(gè)直線驅(qū)動(dòng) 器31，直線驅(qū)動(dòng)器31的推拉運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)錐形阻尼套12收緊和松開(kāi)，如圖4、5所示，錐形阻尼套 12前、后端分別均布開(kāi)設(shè)未貫穿的楔縫，因楔縫而夾緊，進(jìn)而使與鉆桿10過(guò)盈配合的刀桿支 撐套11抱緊鉆桿10,并且錐形阻尼套12的安裝應(yīng)為小直徑端即前端與進(jìn)給方向一致，直線 驅(qū)動(dòng)器31通過(guò)底盤的兩個(gè)法蘭水平安裝于支座32上，支座32與減振器相對(duì)獨(dú)立。
[0025] 如圖1、2所示，所述自移動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)包括支座32、伺服電機(jī)42、電機(jī)座40、聯(lián)軸器 41、錐齒輪減速機(jī)33、滑塊43、直線導(dǎo)軌44、進(jìn)給主軸34、斜齒輪35和減振系統(tǒng)底座39,所述 支座32由水平臺(tái)和兩側(cè)的支撐板構(gòu)成，所述支撐板的一側(cè)焊接電機(jī)座40,電機(jī)座40的一側(cè) 安裝伺服電機(jī)42,另一側(cè)安裝聯(lián)軸器41和錐齒輪減速機(jī)33,通過(guò)電機(jī)座40的定位將伺服電 機(jī)42、聯(lián)軸器41與錐齒輪減速機(jī)33相互連接，減振系統(tǒng)底座39下左右兩側(cè)沿鉆桿10軸向方 向設(shè)有滑塊43和與滑塊43相配合的直線導(dǎo)軌44,錐齒輪減速機(jī)33安裝于減振系統(tǒng)底座39橫 跨兩直線導(dǎo)軌44的中心處，錐齒輪減速機(jī)33上連接進(jìn)給主軸34,通過(guò)鎖緊螺栓將斜齒輪35 安裝于進(jìn)給主軸34上;減振系統(tǒng)、支座32整體安裝于減振系統(tǒng)底座39上，減振系統(tǒng)前端蓋16 與鉆桿10水平平行的外側(cè)開(kāi)設(shè)有水平臺(tái)，通過(guò)鎖扣38及雙頭螺柱37固定于減振系統(tǒng)底座39 上，減振系統(tǒng)底座39通過(guò)滑塊43與直線導(dǎo)軌44相配合，實(shí)現(xiàn)軸向進(jìn)給與推出。通過(guò)預(yù)編制控 制程序來(lái)控制伺服電機(jī)42，自動(dòng)調(diào)節(jié)自移動(dòng)速度進(jìn)而調(diào)整支撐位置，實(shí)現(xiàn)與鉆削深度匹配 的優(yōu)選輔助支撐位置。
[0026] 所述復(fù)合式智能深孔加工減振器的自移動(dòng)調(diào)整是依據(jù)減振器的變速度移動(dòng)與刀 具-鉆桿進(jìn)給速度的實(shí)時(shí)匹配，來(lái)實(shí)現(xiàn)加工深度與減振器輔助支撐位置的相互最優(yōu)匹配的 主動(dòng)調(diào)控策略。
[0027] 如圖6所示，本發(fā)明的復(fù)合式智能深孔加工減振器優(yōu)選輔助支撐位置自移動(dòng)控制 方法的具體實(shí)施步驟為： 將長(zhǎng)度為I的鉆桿離散為N個(gè)節(jié)點(diǎn)（一般情況取N為32即可），并將鉆削深度％離散為N 個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)確定的加工孔徑，內(nèi)外直徑及材料屬性，由公式：
獲得輔助支撐位置、鉆削深度及鉆桿振動(dòng)之間的關(guān)系，從而可求得最優(yōu)輔助支撐位置 解； (1).確定第一節(jié)點(diǎn)輔助支撐位置％
其中
從而數(shù)值解出與鉆削深度4:3：相匹配的最優(yōu)1?解。
[0028] (2).確定初始輔助支撐位置1?:根據(jù)確定的第一輔助支撐位置1?，因預(yù)鉆引導(dǎo) 孔的存在，將初始輔助支撐位置相對(duì)后移
[0029] (3).確定第二節(jié)點(diǎn)輔助支撐位置:?:
并分別取
從而數(shù)值解出與鉆削深度相匹配的最優(yōu)， 解。
[0030] (4).確定各節(jié)點(diǎn)輔助支撐位置:運(yùn)用上述方法，
，依此 獲得各鉆削深度節(jié)點(diǎn)處相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)輔助支撐位置解。
[0031] (5).根據(jù)確定的優(yōu)選輔助支撐位置，可確定每?jī)蓚€(gè)相鄰支撐位置之間的位移差 具進(jìn)給速度^為恒定值，依據(jù)刀具進(jìn)給速度^，便可監(jiān)控深孔加工深度A = ，從而， 建立自移動(dòng)速度及刀具進(jìn)給速度.?之間的關(guān)系A(chǔ) ;通過(guò)預(yù)設(shè)輔助支撐減振裝置 變速度繫@調(diào)整程序，即可實(shí)現(xiàn)輔助支撐位置與鉆削深度的自動(dòng)相互匹配，達(dá)到最佳減振性 能的優(yōu)選支撐位置捕捉。 實(shí)施例
[0032] 實(shí)驗(yàn)參數(shù):刀具直徑為18.91，鉆桿長(zhǎng)度為1800,內(nèi)徑為11.5及外徑為17,楊氏模量 E為2.06*10npa，加工合金鋼材料，其密度為7.87*103，加工深度200，切削液密度866kg/m 3。
[0033] 通過(guò)上述方程進(jìn)行求解，確定第一輔助支撐位置1?，
：取
求得鉆桿前五階固有頻率，分別為39.538，103.718，200.477，329.390， 490.571
，求得鉆桿前五階固有頻率，分別為39.261，103.362，200.016， 328.823，482.325;依次求得1?各取值單元I；".處鉆桿的固有頻率，而加工過(guò)程中，鉆桿 長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速等切削參數(shù)不變，相比較各節(jié)點(diǎn)處固有頻率，
，其固有頻 率為35.318，98.630，189.329，318.469，483.076，第一階固有頻率較低，抑振效果較好。從 而確定初始輔助支撐
，減振器的移動(dòng)速度巧與刀具進(jìn)給速度&一致， 實(shí)驗(yàn)中刀具進(jìn)給速度為l〇mm/min。
[0034] 依次確定第二輔助支撐位置鳴:在:
處抑振效果良好，從而確定 從第一輔助支撐處到第二輔助支撐處，減振器的移動(dòng)速度
，即確 定減振器的移動(dòng)速度1.?為96562Smrn/m!n，再依次確定每相鄰支撐位置間的移動(dòng)速度 鳴:％?、，之后依據(jù)刀具進(jìn)給速度鳥(niǎo).，便可監(jiān)控深孔加工深度Ie = 從而，建立自移 動(dòng)速度及刀具進(jìn)給速度巧之間的關(guān)系巧夂？!％;所有計(jì)算的數(shù)據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員 根據(jù)公知常識(shí)容易得出。
[0035]本發(fā)明復(fù)合式智能深孔加工減振器的具體組裝及使用： 利用內(nèi)六角圓柱頭螺釘將錐套座9固定于壓圈8的內(nèi)側(cè)，依次安裝深溝球軸承、軸承擋 圈13、深溝球軸承座14和減振系統(tǒng)前端蓋16;壓圈8與減振系統(tǒng)前端蓋16之間利用毛氈密封 圈進(jìn)行密封，深溝球軸承座14的外側(cè)分別加裝密封墊圈5,從而與減振系統(tǒng)前端蓋16、減振 系統(tǒng)后端蓋21形成密封及軸向夾緊，依靠減振系統(tǒng)前端蓋16的軸承定位臺(tái)、軸承擋圈13及 深溝球軸承座14的階梯凸臺(tái)對(duì)深溝球軸承進(jìn)行內(nèi)外圈的軸向固定;通過(guò)鍵15、緊定螺釘22 將減振碟盤4固定于深溝球軸承座14卡臺(tái)上，形成整體;并依次將通電線圈1、支撐隔板槽2 安裝于減振系統(tǒng)前端蓋16的外側(cè)底孔；由內(nèi)六角圓柱頭螺釘將減振系統(tǒng)前端蓋16和減振系 統(tǒng)后端蓋21固定;整個(gè)磁流變液流體腔3中充滿磁流變液19。
[0036]推力軸承定位軸26通過(guò)銷釘連接于錐形阻尼套12的后端，推力球軸承24套裝于推 力軸承定位軸26上，壓套25與減振系統(tǒng)后端蓋21之間利用毛氈密封圈23進(jìn)行密封，并將壓 套25第一級(jí)軸孔作用于推力球軸承24的外圈；壓套25與驅(qū)動(dòng)座28之間用內(nèi)六角圓柱頭螺釘 27連接，驅(qū)動(dòng)座28與推力軸承定位軸26之間螺紋連接構(gòu)成組件。刀桿支撐套11、錐形阻尼套 12、減振系統(tǒng)前端蓋16、減振系統(tǒng)后端蓋21、驅(qū)動(dòng)座28與鉆桿10都嚴(yán)格同軸。
[0037]兩個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器31上的直線驅(qū)動(dòng)器前接頭29利用螺紋及銷釘連接于與鉆桿10軸 線水平平行的驅(qū)動(dòng)座28的法蘭上兩側(cè)，直線驅(qū)動(dòng)器31的推拉運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)錐形阻尼套12收緊和 松開(kāi)，從而增大或減小對(duì)鉆桿10的阻尼;直線驅(qū)動(dòng)器31通過(guò)底盤的兩個(gè)法蘭水平安裝于支 座32上，支座32與減振系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立。支座32由水平臺(tái)和兩側(cè)支撐板構(gòu)成，兩側(cè)支撐板的一 側(cè)焊接電機(jī)座40,通過(guò)電機(jī)座40的定位將伺服電機(jī)42、聯(lián)軸器41與錐齒輪減速機(jī)33相互連 接，并將錐齒輪減速機(jī)33安裝于減振系統(tǒng)底座39橫跨兩直線導(dǎo)軌44的中心處，利于保證運(yùn) 行平穩(wěn)，錐齒輪減速機(jī)33上連接進(jìn)給主軸34，通過(guò)鎖緊螺栓36將斜齒輪35安裝于進(jìn)給主軸 34上。減振系統(tǒng)、支座32整體安裝于減振系統(tǒng)底座39上，減振系統(tǒng)前端蓋16與鉆桿10水平平 行的外側(cè)開(kāi)設(shè)有水平臺(tái)，通過(guò)鎖扣38及雙頭螺柱37固定于減振系統(tǒng)底座39上，拆卸時(shí)，只需 抽出鉆桿10,松開(kāi)兩側(cè)鎖扣38,即可由吊環(huán)螺釘18,將磁流變液阻尼器和機(jī)械阻尼系統(tǒng)整體 拆離;減振系統(tǒng)底座39通過(guò)滑塊43與直線導(dǎo)軌44相配合，實(shí)現(xiàn)軸向進(jìn)給與推出。通過(guò)預(yù)編制 控制程序來(lái)控制伺服電機(jī)42,自動(dòng)調(diào)節(jié)移動(dòng)速度進(jìn)而調(diào)整支撐位置，實(shí)現(xiàn)與鉆削深度匹配 的優(yōu)選輔助支撐位置。鉆桿10從減振系統(tǒng)后端蓋21中心穿過(guò)，一般支撐減振系統(tǒng)的移動(dòng)速 度小于刀具進(jìn)給速度，而錐形阻尼套12抱緊鉆桿10,利用相對(duì)速度差及錐形阻尼套12與鉆 桿10之間的相互摩擦力更利于錐形阻尼套12抱緊鉆桿10;不同加工尺寸要求，只需相應(yīng)更 換鉆桿10,刀桿支撐套11和驅(qū)動(dòng)座28,即可方便、簡(jiǎn)捷的保證輔助支撐功能的統(tǒng)一性。
[0038]在鉆削過(guò)程中，先由直線驅(qū)動(dòng)器31向刀具進(jìn)給方向推擠驅(qū)動(dòng)座28,使得壓套25擠 壓推力球軸承24,進(jìn)而將錐形阻尼套12收緊，并帶動(dòng)刀桿支撐套11抱緊鉆桿10,同時(shí)，根據(jù) 自移動(dòng)到不同優(yōu)選輔助支撐位置，還可根據(jù)實(shí)際深孔加工振動(dòng)狀態(tài)適時(shí)調(diào)整通電線圈1的 電流，從而改變磁流變阻尼效應(yīng)以達(dá)到對(duì)鉆桿系統(tǒng)的主動(dòng)控制。最終實(shí)現(xiàn)從機(jī)械減振系統(tǒng)、 磁流變液阻尼器、優(yōu)選輔助支撐位置、智能控制等多方位角度，有效改善對(duì)深孔鉆桿系統(tǒng)的 輔助支撐減振功效，大幅提高深孔加工精度，提升深孔加工裝備檔次和智能化水平。
[0039]本發(fā)明的目的是研制一種基于磁流變液與機(jī)械阻尼復(fù)合式智能減振器，該復(fù)合式 智能減振器不僅可以提供敏捷、可控的減振功能，而且可以隨著加工深度的不斷變化，自動(dòng) 匹配其支撐位置，依靠機(jī)械減振系統(tǒng)、磁流變液阻尼器、優(yōu)選輔助支撐位置、智能控制等多 方位減振策略，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、智能主動(dòng)調(diào)控，解決目前深孔加工設(shè)備中，靠經(jīng)驗(yàn)人工盲目移動(dòng) 輔助支撐位置，且減震效果不理想的狀況。本發(fā)明結(jié)構(gòu)獨(dú)特，是在長(zhǎng)期理論研究，并結(jié)合深 孔加工實(shí)際的基礎(chǔ)上，突破性地發(fā)明，對(duì)有效抑制深孔鉆桿振動(dòng)，提尚深孔加工精度，實(shí)現(xiàn) 高檔深孔機(jī)床的智能數(shù)字化控制具有重要意義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種復(fù)合式智能深孔加工減振器，其特征在于:包括減振系統(tǒng)和自移動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，所 述減振系統(tǒng)包括磁流變液阻尼器和機(jī)械阻尼系統(tǒng)； 所述磁流變液阻尼器包括通電線圈（1)、支撐隔板槽(2)、減振碟盤(4)、磁流變液（19)、 以及減振系統(tǒng)前端蓋（16)和減振系統(tǒng)后端蓋(21)組成的磁流變液流體腔(3)，所述磁流變 液流體腔(3)中充滿磁流變液(19)，所述減振碟盤(4)貫穿安裝于磁流變液流體腔(3)內(nèi)，磁 流變液流體腔（3)的外側(cè)設(shè)置有支撐隔板槽(2)，所述通電線圈（1)纏繞于支撐隔板槽（2) 上； 所述機(jī)械阻尼系統(tǒng)包括套設(shè)在鉆桿（10)外壁的刀桿支撐套（11)、錐形阻尼套（12)、錐 套座(9)、深溝球軸承、深溝球軸承座（14)、軸承擋圈（13)、壓圈（8)、推力球軸承(24)、壓套 (25)、推力軸承定位軸(26)、驅(qū)動(dòng)座(28)和直線驅(qū)動(dòng)器(31)，所述錐形阻尼套（12)套設(shè)在刀 桿支撐套（11)外壁，錐形阻尼套（12)外設(shè)有錐套座(9)，錐套座(9)的前端固定設(shè)置有壓圈 (8)，壓圈（8)與減振系統(tǒng)前端蓋(16)之間緊密配合，磁流變液流體腔(3)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有深溝 球軸承座（14)，所述深溝球軸承座（14)兩側(cè)與減振系統(tǒng)前端蓋(16)和減振系統(tǒng)后端蓋(21) 之間緊密配合，深溝球軸承座（14)兩側(cè)階梯孔分別安裝第一深溝球軸承(6)和第二深溝球 軸承(7)，第一深溝球軸承(6)和第二深溝球軸承(7)的內(nèi)圈之間設(shè)有軸承擋圈（13)，所述軸 承擋圈（13)安裝于錐套座(9)上，所述錐套座(9)的后端設(shè)有外凸卡臺(tái)，外凸卡臺(tái)作用于第 二深溝球軸承(7)的內(nèi)圈外側(cè)，錐形阻尼套（12)的后端連接有推力軸承定位軸(26)，推力軸 承定位軸(26)上套設(shè)有推力球軸承(24)，推力軸承定位軸(26)與驅(qū)動(dòng)座(28)螺紋連接，減 振系統(tǒng)后端蓋(21)的內(nèi)腔與驅(qū)動(dòng)座(28)之間設(shè)有壓套(25)，壓套(25)上設(shè)有三級(jí)軸孔，第 一級(jí)軸孔作用于推力球軸承(24)的外圈，第三級(jí)軸孔作用于推力軸承定位空心軸（26)，壓 套(25)與驅(qū)動(dòng)座(28)之間通過(guò)螺釘連接，驅(qū)動(dòng)座(28)的法蘭上與鉆桿（10)軸線水平平行的 兩側(cè)分別連接有一個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器(31); 所述自移動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)包括支座（32)、伺服電機(jī)(42)、電機(jī)座(40)、聯(lián)軸器(41)、錐齒輪 減速機(jī)(33)、滑塊(43)、直線導(dǎo)軌(44)、進(jìn)給主軸(34)、斜齒輪(35)和減振系統(tǒng)底座(39)，所 述支座（32)由水平臺(tái)和兩側(cè)的支撐板構(gòu)成，所述支撐板的一側(cè)焊接電機(jī)座（40)，電機(jī)座 (40)的一側(cè)安裝伺服電機(jī)(42)，另一側(cè)安裝聯(lián)軸器(41)和錐齒輪減速機(jī)（33)，伺服電機(jī) (42)、聯(lián)軸器（41)與錐齒輪減速機(jī)（33)相互連接，減振系統(tǒng)底座（39)下左右兩側(cè)沿鉆桿 (10)軸向方向設(shè)有滑塊(43)和與滑塊(43)相配合的直線導(dǎo)軌(44)，錐齒輪減速機(jī)(33)安裝 于減振系統(tǒng)底座（39)橫跨兩直線導(dǎo)軌（44)的中心處，錐齒輪減速機(jī)（33)上連接進(jìn)給主軸 (34)，進(jìn)給主軸(34)上安裝有斜齒輪(35); 所述減振系統(tǒng)前端蓋（16)或減振系統(tǒng)后端蓋(21)上設(shè)有與通電線圈（1)相連通的電源 線連接通道（17)，減振系統(tǒng)前端蓋（16)與減振系統(tǒng)后端蓋(21)通過(guò)螺釘固定，所述減振碟 盤(4)安裝于深溝球軸承座（14)上，所述直線驅(qū)動(dòng)器(31)水平安裝于支座(32)上，所述支座 (32)和減振系統(tǒng)前端蓋(16)固定安裝于減振系統(tǒng)底座(39)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合式智能深孔加工減振器，其特征在于:所述減振碟盤 (4)縱向截面半側(cè)呈扇形狀，軸向兩側(cè)開(kāi)設(shè)有環(huán)形網(wǎng)格狀的凸臺(tái)和凹槽，減振碟盤(4)依靠 鍵、緊定螺釘及深溝球軸承座(14)上的定位軸肩固定在深溝球軸承座(14)上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種復(fù)合式智能深孔加工減振器，其特征在于:所述錐形 阻尼套(12)的前端和后端分別交錯(cuò)相間均布開(kāi)設(shè)未貫穿的楔縫。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復(fù)合式智能深孔加工減振器，其特征在于:所述深溝球軸 承座(14)兩側(cè)與減振系統(tǒng)前端蓋(16)和減振系統(tǒng)后端蓋(21)之間分別設(shè)有密封墊圈（5)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種復(fù)合式智能深孔加工減振器，其特征在于:所述壓套(25) 與減振系統(tǒng)后端蓋(21)的內(nèi)腔之間設(shè)有毛氈密封圈（23)。6. -種如權(quán)利要求5所述的復(fù)合式智能深孔加工減振器優(yōu)選輔助支撐位置自移動(dòng)控制 方法，其特征在于，具體實(shí)施步驟為： 將長(zhǎng)度為1的鉆桿離散為N個(gè)節(jié)點(diǎn)，并將鉆削深度4離散為N個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)確定的加工孔 徑、內(nèi)外直徑及材料屬性，由公式：獲得輔助支撐位置、鉆削深度及鉆桿振動(dòng)之間的關(guān)系，從而求得最優(yōu)輔助支撐位置解； (1) 確定第一節(jié)點(diǎn)輔助支撐位置1?其中，從而數(shù)值解出與鉆削深度％相匹配的最優(yōu)解； (2) 確定初始輔助支撐位置/、：根據(jù)確定的第一輔助支撐位置匕，因預(yù)鉆引導(dǎo)孔的存 在，將初始輔助支撐位置相對(duì)后移(3) 確定第二節(jié)點(diǎn)輔助支撐位置其中從而數(shù)值解出與鉆削深度1?相匹配的最優(yōu)1?解； (4) 確定各節(jié)點(diǎn)輔助支撐位置:運(yùn)用上述方法依次獲 得各鉆削深度節(jié)點(diǎn)處相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)輔助支撐位置解； (5) 根據(jù)確定的優(yōu)選輔助支撐位置，確定每?jī)蓚€(gè)相鄰支撐位置之間的位移差軋鴻~ IV;.=鴯， 從而，確定每相鄰支撐位置間的移動(dòng)速度％#2".；%，而深孔加工刀具進(jìn)給速度％為恒定 值，依據(jù)刀具進(jìn)給速度1?，監(jiān)控深孔加工深度1?%，從而，建立自移動(dòng)速度％:及刀具 進(jìn)給速度％之間的關(guān)系％ 通過(guò)預(yù)設(shè)輔助支撐減振裝置變速度Α?調(diào)整程序，實(shí)現(xiàn) 輔助支撐位置與鉆削深度的自動(dòng)相互匹配，達(dá)到最佳減振性能的優(yōu)選支撐位置捕捉。
【文檔編號(hào)】B23Q11/00GK105921786SQ201610398101
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】張煌, 沈興全, 李耀明, 翟寧
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)