机床主动吸振系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机床刀具减振技术领域，涉及一种用于减小机床刀具振动的系统，具 体涉及一种机床主动吸振系统。
【背景技术】
[0002] 机床在切削过程中，刀具会发生振动，对工件加工过程和工件加工质量都有很大 影响，因此，减少振动的产生，是保证产品质量的关键因素。
[0003] 惯容器作为一种机械式被动元件，解决了质量元件的单端点问题。当一对力作用 于惯容器的两端点时，两端点的加速度与力成一定比例，该比例值即为"惯容系数"。由"惯 容器-弹簧-阻尼器"组成的新型机械隔振网络在很多领域得到了很好的应用，但在机床 刀具减振领域未曾提及，因此，惯容器在机床减振领域具有一定的应用前景。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种包含有惯容器的机床主 动吸振系统，以减少刀具切削工件时的振动，提高机床的加工精度，延长刀具使用寿命，提 高生产效率，同时还能吸收机床的噪声，改善员工的工作环境。
[0005] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下： 一种机床主动吸振系统，包括串联的第一级机构、第二级机构；所述第一级机构包括 相互并联的第一弹簧、阻尼器；所述第二级机构包括相互并联的第二弹簧、惯容器、电磁作 动器；所述第一弹簧、阻尼器分别为机床刀具的等效弹簧、等效阻尼；所述第二弹簧的上支 点、惯容器的上支点、电磁作动器的上支点相铰接并连接在机床刀具上；所述第二弹簧的下 支点、惯容器的下支点、电磁作动器的下支点相铰接并连接在质量块上；所述质量块设于机 床刀杆的下部。
[0006] 作为对本发明的限定，机床的刀座上固定有用于检测刀具振动信号的加速度传感 器；所述机床刀座上还固定有用于接受振动信号并控制电磁作动器输出的控制力的大小的 控制器；所述加速度传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连；所述控制器的信号 输出端经功率放大器与电磁作动器的信号输入端相连。
[0007] 作为对本发明的另一种限定，所述惯容器采用滚珠丝杠式。
[0008] 由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于： 本发明的主动吸振系统使用惯容器代替原有的阻尼器，减振效果优越，该主动吸振系 统可减少刀具切削工件时的振动，提高机床的加工精度，延长刀具使用寿命，提高生产效 率，同时还能吸收机床的噪声，改善员工的工作环境。
[0009] 本发明合适安装在各种机床刀具上。
【附图说明】
[0010] 下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。
[0011] 图1为本发明实施例的模型示意图； 图中：1、第二弹簧；2、第一弹簧；3、阻尼器；4、加速度传感器；5、控制器；6、电磁作动 器；7、惯容器；8、机床刀具；9、质量块。
【具体实施方式】 实施例
[0012] -种机床主动吸振系统，结构如图1所示，包括串联的第一级机构、第二级机构。
[0013] 第一级机构包括相互并联的第一弹簧2、阻尼器3。第一弹簧2、阻尼器3分别为机 床刀具8的等效弹簧、等效阻尼，即第一级机构的刚度、阻尼分别为机床刀具8本身的刚度、 阻尼。
[0014] 第二级机构包括相互并联的第二弹簧1、惯容器7、电磁作动器6。惯容器6采用滚 珠丝杠式。第二弹簧1的上支点、惯容器7的上支点、电磁作动器6的上支点相铰接并连接 在机床刀具8上；第二弹簧1的下支点、惯容器7的下支点、电磁作动器6的下支点相铰接 并连接在质量块9上，质量块9设于机床刀杆的下部。
[0015] 机床刀座上固定有用于检测刀具振动信号的加速度传感器4,刀座上还固定有用 于接受振动信号并控制电磁作动器6输出的控制力的大小的控制器5。加速度传感器4的 信号输出端与控制器5的信号输入端相连，控制器5的信号输出端经功率放大器与电磁作 动器6的信号输入端相连。
[0016] 加速度传感器4将检测的机床刀具的振动情况经加速度传感器4内置器放大后成 为电信号模拟量，这个模拟量在经板卡的A/D转换后成为数字量输入到控制器5中，控制器 5将输入信号计算处理后输出合适的控制信号，该控制信号再经过板卡的D/A转化成为模 拟控制信号，模拟控制信号再通过功率放大器传至电磁作动器6,执行对电磁作动器6的控 制命令，使电磁作动器6输出相应的输出力以抵制机床刀具8的振动。
[0017] 本实施例应尽可能的减小电磁作动器6的输出力，以使电磁作动器6对机床的振 动减到最小，使机床的减振效果达到最优，因而需对惯容器系数进行适当选取。
[0018] 本实施例的惯容系数b与电磁作动器6的输出力U的关系，根据以下公式确定： 根据图1，建立动力学微分方程：
mJP 1112分别是模型中机床刀杆伸出的等效质量和质量块的质量，kg; b是惯容器的惯容 系数，kg; xJP X 2分别是m JP m2的绝对位移，m;u是电磁作动器的输出力，N; c i是机床刀具 的等效阻尼，W(m/s)屯是机床刀具的等效刚度，N/m;k 2是第二弹簧的刚度，N/m ;F为刀具 受到的力，N。
以上公式，可求出γ，又，因此，需对惯容器系数b进行适当选 取，从而尽可能减小电磁作动器6的输出力u。
【主权项】
1. 一种机床主动吸振系统，其特征在于：包括串联的第一级机构、第二级机构；所述第 一级机构包括相互并联的第一弹簧、阻尼器；所述第二级机构包括相互并联的第二弹簧、惯 容器、电磁作动器；所述第一弹簧、阻尼器分别为机床刀具的等效弹簧、等效阻尼；所述第 二弹簧的上支点、惯容器的上支点、电磁作动器的上支点相铰接并连接在机床刀具上；所述 第二弹簧的下支点、惯容器的下支点、电磁作动器的下支点相铰接并连接在质量块上；所述 质量块设于机床刀杆的下部。2. 根据权利要求1所述的机床主动吸振系统，其特征在于：机床的刀座上固定有用于 检测刀具振动信号的加速度传感器；机床的刀座上还固定有用于接受振动信号并控制电磁 作动器输出的控制力的大小的控制器；所述加速度传感器的信号输出端与控制器的信号输 入端相连；所述控制器的信号输出端经功率放大器与电磁作动器的信号输入端相连。3. 根据权利要求1或2所述的机床主动吸振系统，其特征在于：所述惯容器采用滚珠 丝杠式。
【专利摘要】本发明公开了一种机床主动吸振系统，包括串联的第一级机构、第二级机构；所述第一级机构包括相互并联的第一弹簧、阻尼器；所述第二级机构包括相互并联的第二弹簧、惯容器、电磁作动器；所述第一弹簧、阻尼器分别为机床刀具的等效弹簧、等效阻尼；第二弹簧的上支点、惯容器的上支点、电磁作动器的上支点相铰接并连接在机床刀具上；所述第二弹簧的下支点、惯容器的下支点、电磁作动器的下支点相铰接并连接在质量块上；所述质量块设于机床刀杆的下部。本发明的机床主动吸振系统，可减少刀具切削工件时的振动，提高机床的加工精度，延长刀具使用寿命，提高生产效率，同时还能吸收机床的噪声，改善员工的工作环境。本发明合适安装在各种机床刀具上。
【IPC分类】B23Q17/12, B23Q11/00
【公开号】CN105081867
【申请号】CN201510498741
【发明人】杨绍普, 路永婕, 张俊宁, 申永军, 李双艳, 张建超, 宋颖, 李皓玉
【申请人】石家庄铁道大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月14日