薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置。传统上的薄壁件减振抑颤装置，多是针对加工机床，工装夹具及加工刀具上改装，优化或者刀具的定位，加工流程安排等方面以达到抑制叶片颤振和减振的作用，但是效果大多不理想或者有限，而且经济投入往往很大。本实用新型组成包括：减振抑颤装置（9），减振抑颤装置包括密封腔体（8），密封腔体上平面安装有顶板（1），密封腔体外层是约束层（7），约束层内部安装有阻尼层（6），阻尼层内部安装有阻尼层基板（5），阻尼层基板内部装有磁流变液（3），磁流变液中安装有6个永久磁铁（2），永久磁铁外部缠绕有线圈（4）。本实用新型用于薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置。
【专利说明】
薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置
[0001 ] 技术领域:
[0002]本实用新型涉及薄壁件数控加工领域，具体涉及当四轴数控机床、五轴数控机床加工薄壁零件，特别是加工叶轮叶片时，抑制加工过程中颤振的发生和减少薄壁振动等。
[0003]【背景技术】:
[0004]目前传统上的薄壁件减振抑颤装置，大多是针对加工机床，工装夹具以及加工刀具上改装，优化或者刀具的定位，加工流程安排等方面以达到抑制叶片颤振和减振的作用，但是效果大多不理想或者有限，而且经济投入往往很大。随着近代工业的快速发展，作为薄壁零件的叶片被广泛应用于机床，车辆，航空航天中等民用或军工领域，而其叶片型面大多为非可展直纹面和自由曲面，其加工质量的优劣直接决定着整机性能，因此它扮演着重要的角色，但由于叶片具有壁薄、刚性差、厚度时变、加工余量大等特点，加工过程易产生颤振，这不仅会降低零件的加工精度、影响机床及刀具使用寿命，还会严重制约切削效率，所以机床上叶轮加工的减振问题就十分重要；
[0005]另一方面，对于薄壁件，除了考虑颤振外，另一个严重的问题是即使加工中薄壁件不发生颤振，但是由于薄壁件壁薄刚性差，加工中振动剧烈，这导致加工尺寸，零件的精度大大降低，制约着薄壁件的高精度加工，所以怎样抑制薄壁件的振动也是机械加工领域的一大课题；
[0006]总结起来，大约有以下几种:通过机床结构设计或者结构优化以提高机床的抗颤和减振性能，增大机床加工系统的阻尼，通过改变接触刚度，改变加工工艺，主动控制方法就是应用控制理论从外部供给能量进行主动补偿控制等，到目前为止，在实际的工业生产中只有很少的解决方案行之有效，特别在抑制薄壁件铣削颤振方面。
[0007]【实用新型内容】:
[0008]本实用新型的目的是提供一种薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置。
[0009]上述的目的通过以下的技术方案实现:
[0010]—种薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，其组成包括:减振抑颤装置，所述的减振抑颤装置包括密封腔体，所述的密封腔体上平面安装有顶板，所述的密封腔体外层是约束层，所述的约束层内部安装有阻尼层，所述的阻尼层内部安装有阻尼层基板，所述的阻尼层基板内部装有磁流变液，所述的磁流变液中安装有6个永久磁铁，所述的永久磁铁外部缠绕有线圈。
[0011]所述的薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，所述的永久磁铁分成2排平行布置并且每排3个，所述的永久磁铁上平面与所述的顶板贴合。
[0012]所述的薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，所述的减颤抑振装置通过强力吸附双面胶与叶片的一个侧面粘接，所述的叶片另一个侧面是加工铣刀。
[0013]有益效果:
[0014]1.本实用新型是一种薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，本产品主要采用可调阻尼抑制叶片颤振的装置，直接贴附于被加工叶片的背面，减振抑颤装置内的磁流变液体和外层的阻尼层发生作用来减少叶片振动、抑制叶片颤振。
[0015]本实用新型采用密封腔体是绝缘的非金属型腔，里面充有磁流变液体，并且在型腔里面上侧均匀的布置了6个永久磁铁，密致线圈缠绕在永久磁铁上，同时型腔底侧以及四周贴附着阻尼层，通过上述结构，将装置布置在叶片加工背侧，当刀具加工叶片而引起叶片的强烈颤振，可变电流通过线圈，而引起磁流变液体粘度、密度的改变，从而引起刚度的改变，从而产生强烈的阻尼力加之阻尼层产生的阻尼力来共同抑制叶片的颤振以及抑制叶片的振动。
[0016]本实用新型的密封腔体依据叶片的曲面外形而定，体积小，非金属软质塑料板有一定的变形空间，所以可以吻合的贴附于加工叶片上。
[0017]本实用新型可依据待加工叶片的大小来布局装置，以及对可变电流的调节，改变磁场的强弱，来相应调整装置的适用范围以及效果，抑制叶片颤振的效果非常明显。
[0018]本实用新型的阻尼层，为约束阻尼结构，其由三部分构成:约束层，阻尼层和阻尼基板，阻尼层位于约束层和阻尼基板之间，约束阻尼结构使用较薄的阻尼层就可得到较大的结构损耗因子，可以耗散更多的振动能量，其减振效果也非常好，基板也就是密封腔体外层，安装方式就是将阻尼层粘贴在基板的加工背面，约束层粘贴在阻尼层的表面，约束层的表面还有吸收能量的装置，在铣削薄壁件时叶片产生的弯曲变形将拉伸阻尼层，而约束层的伸长远小于阻尼层的伸长，此时约束层将抑制阻尼层的伸长，当阻尼层压缩时，阻尼层的缩短远大于约束层的缩短，此时约束层将抑制阻尼层的压缩，由于阻尼层的拉伸和压缩收到约束层的限制，因此，阻尼层可以承受拉伸和压缩交变载荷，振动能量被阻尼层大量耗散，因此可实现切削时减少振动与抑制颤振的目的，从而提高切削时的稳定性。
[0019]本实用新型贴附在型腔外部底侧的阻尼层可以有效地破坏共振的发生，其原理是阻尼层的弹性可以破坏共振机制。
[0020]本实用新型的减振抑颤装置能够使待加工的工件颤振得以明显改善，加工质量及加工精度大幅提尚，效果明显。
[0021]本实用新型的减振抑颤装置中的密封腔体外层的阻尼层也产生强大的阻尼力来抑制颤振，该产品的结构紧凑，体积小，而阻尼力较大可控，能够很好地满足叶片不同振动条件下的需要。
[0022]【附图说明】
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[0023]附图1是本实用新型的整体结构示意图。
[0024]附图2是附图1的左视图。
[0025]附图3是附图1主视图。
[0026]附图4是附图2的A-A剖视图。
[0027]附图5是附图3中B-B剖视图。
[0028]附图6是本实用新型的安装位置图之一。
[0029]附图7是本实用新型的安装位置图之二。
[0030]【具体实施方式】:
[0031]实施例1:
[0032]—种薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，其组成包括:减振抑颤装置9，所述的减振抑颤装置包括密封腔体8，所述的密封腔体上平面安装有顶板I，所述的密封腔体外层是约束层7，所述的约束层内部安装有阻尼层6，所述的阻尼层内部安装有阻尼层基板5，所述的阻尼层基板内部装有磁流变液3，所述的磁流变液中安装有6个永久磁铁2，所述的永久磁铁外部缠绕有线圈4。
[0033]实施例2:
[0034]根据实施例1所述的薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，所述的永久磁铁分成2排平行布置并且每排3个，所述的永久磁铁上平面与所述的顶板贴合。
[0035]实施例3:
[0036]根据实施例1或2所述的薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，所述的减振抑颤装置通过强力吸附双面胶与叶片10的一个侧面粘接，所述的叶片另一个侧面是加工铣刀11。
[0037]实施例4:
[0038]根据实施例1-3所述的薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，首先是将减振抑颤装置通过强力吸附双面胶直接贴附于待加工叶片的背面，贴附后的减振抑颤装置在叶片加工时不发生位移错动，所述的减振抑颤装置内的磁流变液体和外层的阻尼层共同发生作用来抑制叶片的颤振、减少振动；
[0039]所述的薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置的阻尼层，是一种约束阻尼结构，由三部分构成，约束层，阻尼层和阻尼层基板，阻尼层位于约束层和基板之间，约束阻尼结构使用较薄的阻尼层就可得到较大的结构损耗因子，所以可以损耗更多的振动能量，阻尼层基板也就是密封腔体外层，安装方式就是将阻尼层粘贴在阻尼层基板的表面，约束层粘贴在阻尼层的表面，约束层的表面还有吸收能量的装置，在铣削薄壁件时叶片产生的弯曲变形将会拉伸阻尼层，但约束层的伸长远小于阻尼层的伸长，所以约束层将抑制阻尼层的伸长；
[0040]当阻尼层压缩时，阻尼层的缩短远大于约束层的缩短，此时约束层将抑制阻尼层的压缩，由于阻尼层的拉伸和压缩收到约束层的限制，因此，阻尼层可以承受拉伸和压缩交变载荷，振动能量被阻尼层大量耗散，即可实现切削时抑制振动及颤振的目的，同时贴附在型腔外部底侧的阻尼层可以有效地破坏共振的发生，其原理是阻尼层的弹性可以破坏共振机制；
[0041]所述的减振抑颤装置中的磁流变液体与6个线圈中通过的可变电流发生作用，从而改变磁流变液体的粘度、密度，也就改变了磁流变液体的刚度，产生阻尼力，以此达到吸收薄壁件铣削过程中的产生的振动和颤振的作用，磁流变液体介质的浓度和密度直接影响着颤振效果和频率的调控范围；
[0042]所述的减振抑颤装置中的磁流变液体，在叶片加工时，其振动方向绝大部分平行于磁极方向，这保证了磁力线与腔体内的磁流变液体的流动方向和振动方向都垂直，这就会使磁流变液体的剪切屈服强度发生变化，从而实现对阻尼力矩的控制，以此来改变减振抑颤装置的阻尼力；
[0043]使用前要检查减振抑颤装置的规格，根据叶片的厚度以及加工面积，加工条件以此合理布置可调阻尼抑制叶片颤振的装置，为达到更好地抑制颤振效果，可以叠加选择使用装置，布局以分散布局贴附为好。
[0044]实施例5:
[0045]根据实施例1-4所述的薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，所述的顶板是硬质塑料板，起到绝缘作用，可以作为导线的零线，所有的导线都汇聚于硬质塑料板内，作为导线电流的输入及控制场所，其是密封腔体，所述的导线即线圈，线圈密致缠绕在磁极上，所述的磁极，由永久磁铁组成，其依据顶板的大小和产生的阻尼效果，采用分成2排平行并且每排3个布置方式，满足最大的磁场布置，使其磁场的均匀性达到最优效果；
[0046]所述的密封腔体主要框架结构，储存所有的磁流变液体，密封非常好，液体不会因为减振抑颤装置的剧烈挣动而遗漏，采用软质塑料板，其非金属性能保证不导电，避免与磁流变液体发生作用而降低抑制颤振效果，其本身有一定的变形空间，腔体四周的支撑高度分别为6cm、6cm、6cm、7cm，即底面多出Icm的变形量，加之有一定的厚度变形，实际可控变形量多于lcm，其本身体积小，所以满足叶片的变形设计要求;所述的减振抑颤装置通过强力吸附双面胶直接贴附在加工叶片上，保证贴附后的减振抑颤装置在叶片加工时不发生位移错动，固定效果非常好；
[0047]所述的减振抑颤装置是基于磁流变液体的性质运用而设计，磁流变流体是一种将饱和磁感应强度非常高，但磁矫顽力却非常小的优质软磁材料均匀分布在不导磁的母液中得液体，一般情况下磁流变流体是自由流动液体，它的稠度与油相近，当磁流变流体处于磁场环境中时，它的悬浮颗粒被会被磁化，由磁中性变为强磁性，因而相互发生作用，形成一种“链”状结构，平行于外加磁场，从而固化了悬浮体，限制了流体的流动，磁流变液体属可控流体，可实现装置的阻尼改变和刚度改变；
[0048]基于可调阻尼抑制叶片颤振的装置具有以下优点:
[0049]1、可调阻尼抑制叶片颤振的装置，结构简单，性价比高，随着加工叶片的颤振，相应的线圈的可变电流引起型腔内磁流变液的粘度和密度的变化，从而改变液体的刚度，吸收颤振，以此达到抑制叶片颤振的效果。这种被动控制的装置直接作用在颤振的叶片上起作用，比起传统上在刀具，机床或者夹具上的间接的抑制颤振效果要好；
[0050]2、装置的阻尼可调，抑制叶片颤振在一定的颤振频率范围内有效。通过设计装置的可调范围就能够调控被加工叶片颤振的颤振频率；
[0051]3、装置为了更好地抑制叶片颤振，需要合理的布置装置在叶片的数量和位置。以此达到抑制效果的最优效果；
[0052]4、装置的密封腔体依据叶片的曲面外形有一定的变形空间，可以吻合的贴附于加工叶片上；
[0053]5、贴附在型腔内部底侧的阻尼层可以有效地破坏共振机制，从而减少叶片加工过程振动、避免共振现象的发生；
[0054]6、磁流变液在磁场作用下，液体的流变性能发生了明显的变化，液体的粘度增大并渐渐缺乏流动性，当磁场强度大到一定值时，磁流变液由液态向固态转化。这是磁流变液最吸引人的特征，而且这种过程快速可逆，所需电能很小，非常适用于实时控制；
[0055]7、装置内布置了 6个永久磁铁，大大增加了磁场密度，强化了磁场的磁力；
[0056]8、该阻尼器特有的可控性，能实现迅速的无级阻尼力调节；
[0057]9、装置由磁流变液和阻尼层共同发挥作用减少叶片加工过程振动、抑制颤振。
【主权项】
1.一种薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，其组成包括:减振抑颤装置，其特征是:所述的减振抑颤装置包括密封腔体，所述的密封腔体上平面安装有顶板，所述的密封腔体外层是约束层，所述的约束层内部安装有阻尼层，所述的阻尼层内部安装有阻尼层基板，所述的阻尼层基板内部装有磁流变液，所述的磁流变液中安装有6个永久磁铁，所述的永久磁铁外部缠绕有线圈。2.根据权利要求1所述的薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，其特征是:所述的永久磁铁分成2排平行布置并且每排3个，所述的永久磁铁上平面与所述的顶板贴合。3.根据权利要求2所述的薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，其特征是:所述的减振抑颤装置通过强力吸附双面胶与叶片的一个侧面粘接，所述的叶片另一个侧面是加工铣刀。
【文档编号】B23C9/00GK205702613SQ201620559769
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】吴石, 刘治京, 王延福, 刘献礼, 李中华
【申请人】哈尔滨理工大学