一种螺旋变质量减振镗杆

本发明涉及机械制造，尤其是涉及一种螺旋变质量减振镗杆。

背景技术：

1、镗削加工是机械制造行业中一种重要的零件加工方法，广泛应用于航空航天、精密机械、仪器仪表和汽车制造等领域。零件的精度直接影响其使用性能和寿命。然而，在镗削加工过程中，由于冲击力，会产生振动，导致加工表面质量下降。在某些条件下，还可能发生颤振，严重影响切削过程的稳定性。刀杆和工件之间的相对振动会在加工表面留下振痕，降低零件精度，缩短刀杆寿命，甚至导致无法进行切削加工。

2、镗杆广泛应用于深孔加工，但是由于其悬臂梁结构的刚度较低，当镗杆的长径比较大时，常常会出现振动问题，这不仅会影响加工精度，还可能损坏刀具。

3、因此提供一种螺旋变质量减振镗杆解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种螺旋变质量减振镗杆，基于动力吸振理论，设计了质量可变的吸振器。通过调节吸振器质量对减振镗杆的减振性能进行调节，从而实现最优减振的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种螺旋变质量减振镗杆，包括杆体和设置在杆体内部的悬臂梁，悬臂梁与杆体内壁之间设置有腔体，腔体内设置有电机套筒，电机套筒与旋转套筒之间根据直线轨道配合连接，旋转套筒上的螺旋形盖板与质量块螺旋配合连接，质量块上设置有螺旋槽，螺旋槽设置在质量块的左右端面之间，螺旋槽从左侧到中间设置为固定深度深槽，螺旋槽从中间到右侧设置为固定深度浅槽，深槽底部直径大于悬臂梁的直径，浅槽的深度小于悬臂梁的直径，深槽的一端设置有挡板，挡板呈螺旋阵列，电机套筒的一端设置有电机套筒垫片，电机套筒垫片的一端设置有电机套筒压板，电机套筒的另一端设置有电机垫片，电机垫片与伺服电机的机座固定连接，伺服电机的外转子与电机套筒固定连接，电机垫片通过导线与控制单元和电源连接。

3、优选的，所述杆体的一端设置有刀头，刀头通过刀头连接件与悬臂梁固定连接，刀头处设置有加速度传感器，加速器传感器通过导线与控制单元连接，提取切削力的波动幅值fa与激振频率ω，控制单元内集成控制算法。

4、优选的，电机套筒垫片与电机套筒远离伺服电机的一端面同心连接，通过电机套筒压板把电机套筒轴向的运动固定，电机套筒压板的内圆部分与质量块重合并用螺栓固定，电机套筒压板的外圆部分和与电机套筒垫片之间设置有间隙。

5、优选的，挡板间隔可调节，旋转套筒在质量块上通过旋转来左右移动，螺旋形盖板与螺旋槽的挡板配合形成封闭空间，旋转套筒的右端面与远离挡板的螺旋槽的端面平齐，电机垫片的另一端面与远离挡板的螺旋槽的端面固定连接。

6、优选的，伺服电机设置为中空力矩伺服电机，中空力矩伺服电机转动带动电机套筒按固定方向转动。

7、优选的，电机套筒、旋转套筒、电机套筒压板和电机套筒垫片均设置在悬臂梁上，腔体内加注高密度阻尼油。

8、优选的，控制单元内控制算法的控制方法具体包括：

9、s1：试切第一刀测量镗杆所受切削力时，加速度传感器提取切削力的波动幅值fa与激振频率ω；

10、s2：切削第二刀时将镗杆的动力学参数与切削力的波动幅值fa和激振频率ω带入动力学方程绘制振幅倍率曲线；

11、镗杆的振幅倍率表示为：

12、

13、式中a1为主系统稳态振动幅值，ast为静变形，ω为简谐激励力的角频率；ζ为子系统阻尼比，ω1主系统固有频率比，ω2子系统固有频率比；

14、其中表示为：

15、

16、式中，fa为简谐力的幅值；主系统阻尼比主系统固有频率比子系统阻尼比子系统固有频率比静变形质量比k1为主系统刚度，k2为子系统刚度。c1为主系统阻尼，c2为子系统阻尼，m1为杆体等效质量，m2为吸振器质量；

17、在公式中，fa为简谐力的幅值：

18、a＝(k1+k2-m1ω2)(k2-m2ω2)-k22-(c1+c2)c2ω2+c22ω2

19、b＝(k1+k2-m1ω2)c2ω+(k2-m2ω2)(c1+c2)ω+2(k1+k2)c2ω；

20、d＝c2ω；

21、h＝k2-m2ω2；

22、s3：找到振幅倍率曲线的最小值点所对应的吸振块质量；

23、s4：通过中空力矩伺服电机旋转一定的圈数或角度来对吸振器吸振块质量进行调节，完成减振镗杆最优减振性能的调节。中空力矩伺服电机可以控制旋转的角度，当中空力矩伺服电机通电后不能用手随意转动，也起到了锁紧旋转套筒和电机套筒的作用，通过控制单元来控制中空力矩伺服电机转动的角度。

24、优选的，电机套筒的轴向分布有四个方形孔洞。四个孔洞使腔体中的高密度阻尼液充满深螺旋槽。

25、优选的，旋转套筒的材质为轻质量件，设置为碳纤维或钛金属。选用轻质量件是为了减小旋转套筒左右移动时对悬臂梁刚度的影响，旋转套筒在最右边时，悬臂梁刚度最小，反之最大。选用轻质量件就是减小它的影响。

26、因此，本发明采用上述一种螺旋变质量减振镗杆，通过调节吸振器吸振块质量对减振镗杆的减振性能进行调节，从而实现最优减振的目的。

27、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种螺旋变质量减振镗杆，其特征在于：包括杆体和设置在杆体内部的悬臂梁，悬臂梁与杆体内壁之间设置有腔体，腔体内设置有电机套筒，电机套筒与旋转套筒之间根据直线轨道配合连接，旋转套筒上的螺旋形盖板与质量块螺旋配合连接，质量块上设置有螺旋槽，螺旋槽设置在质量块的左右端面之间，螺旋槽从左侧到中间设置为固定深度深槽，螺旋槽从中间到右侧设置为固定深度浅槽，深槽底部直径大于悬臂梁的直径，浅槽的深度小于悬臂梁的直径，深槽的一端设置有挡板，挡板呈螺旋阵列，电机套筒的一端设置有电机套筒垫片，电机套筒垫片的一端设置有电机套筒压板，电机套筒的另一端设置有电机垫片，电机垫片与伺服电机的机座固定连接，伺服电机的外转子与电机套筒固定连接，电机垫片通过导线与控制单元和电源连接。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋变质量减振镗杆，其特征在于：所述杆体的一端设置有刀头，刀头通过刀头连接件与悬臂梁固定连接，刀头处设置有加速度传感器，加速器传感器通过导线与控制单元连接，提取切削力的波动幅值fa与激振频率ω，控制单元内集成控制算法。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋变质量减振镗杆，其特征在于：电机套筒垫片与电机套筒远离伺服电机的一端面同心连接，通过电机套筒压板把电机套筒轴向的运动固定，电机套筒压板的内圆部分与质量块重合并用螺栓固定，电机套筒压板的外圆部分和与电机套筒垫片之间设置有间隙。

4.根据权利要求1所述的一种螺旋变质量减振镗杆，其特征在于：挡板间隔可调节，旋转套筒在质量块上通过旋转来左右移动，螺旋形盖板与螺旋槽的挡板配合形成封闭空间，旋转套筒的右端面与远离挡板的螺旋槽的端面平齐电机垫片的另一端面与远离挡板的螺旋槽的端面固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种螺旋变质量减振镗杆，其特征在于：伺服电机设置为中空力矩伺服电机，中空力矩伺服电机转动带动电机套筒按固定方向转动。

6.根据权利要求1所述的一种螺旋变质量减振镗杆，其特征在于：电机套筒、旋转套筒、电机套筒压板和电机套筒垫片均设置在悬臂梁上，腔体内加注高密度阻尼油。

7.根据权利要求2所述的一种螺旋变质量减振镗杆，其特征在于：控制单元内控制算法的控制方法具体包括：

8.根据权利要求1所述的一种螺旋变质量减振镗杆，其特征在于：电机套筒的轴向分布有四个方形孔洞。

9.根据权利要求1所述的一种螺旋变质量减振镗杆，其特征在于：旋转套筒的材质为轻质量件，设置为碳纤维或钛金属。

技术总结
本发明公开了一种螺旋变质量减振镗杆，涉及机械制造加工领域，包括杆体和设置在杆体内部的悬臂梁，悬臂梁与杆体内壁之间设置有腔体，腔体内设置有电机套筒，电机套筒与旋转套筒之间根据直线轨道配合连接，旋转套筒上的螺旋形盖板与质量块螺旋配合连接，质量块上设置有螺旋槽，螺旋槽设置在质量块的左右端面之间，螺旋槽从左侧到中间设置为固定深度深槽，螺旋槽从中间到右侧设置为固定深度浅槽，深槽底部直径大于悬臂梁的直径，浅槽的深度小于悬臂梁的直径，深槽的一端设置有挡板，挡板呈螺旋阵列，挡板间隔可调节。本发明采用上述的一种螺旋变质量减振镗杆，通过调节吸振器吸振块质量对减振镗杆的减振性能进行调节，从而实现最优减振的目的。

技术研发人员：刘强,韩嘉明,马晶,李健然,沈斌,李静昕,汤皓然
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29