一种复合阻尼减振刀具夹具

1.本发明涉及一种刀具夹具，尤其涉及一种复合阻尼减振刀具夹具。


背景技术：

2.在机械加工过程中，由于刀具与被加工零件之间存在相对运动，在加工过程中极易发生一定的颤振，颤振即刀具在加工工程中伴随产生的振动现象，这种现象往往会造成诸多不良后果，如刀尖的运动因振动会在工件的表面留下划痕，致使表面粗糙度变差，严重影响加工精度，导致零件良品率降低；振动还会导致刀具磨损过快，甚至出现崩刃现象，影响刀具使用寿命，甚至会使机床的配合受到损伤，导致机床加工精度变差。
3.为了抑制刀具振动，目前采用的方式主要为材料减振、阻尼减振、摩擦减振、动力减振等。磁流变弹性体属于磁流变材料的一种，其主要将微米级的铁磁性颗粒混合在橡胶基体中，加入添加剂后在模具中固化成形。当外加在磁流变弹性体周围的磁场强度发生变化时，其力学性能也会发生变化，既具有磁流变材料响应速度快，可逆性好等优异性能，同时也具备弹性体减振的性能。
4.磁流变弹性体因其优良特性被运用于刀具减振中，但还存在一些不足，如目前的磁流变弹性体减振刀具，磁流变弹性体被嵌入刀具内部，其阻尼系统只能在该刀具上使用，使用效率不高；磁流变弹性体的阻尼大小可随外加磁场大小的变化而改变，但其变化范围较小，适应性较弱。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种复合阻尼减振刀具夹具，目的在于解决目前阻尼式减振刀具领域减振系统通用性不高，阻尼力大小不易调节等问题。
6.为解决上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：一种复合阻尼减振刀具夹具，包括：底架、电磁铁、丝杠轴承座、一号磁流变弹性体隔板、磁流变弹性体、二号磁流变弹性体隔板、压力传感器、传感器隔板、丝杠、顶架、丝杠齿轮、中间齿轮轴、中间齿轮轴承、中间齿轮、电机齿轮、电机架、电机、弹簧支撑杆、阻尼弹簧、电机驱动器、振动传感器、刀具、控制器、pwm直流电源、神经网络控制系统、弹簧支撑杆孔位、丝杠螺母；所述底架上安装有两个电磁铁；可选地，所述两个电磁铁的磁极放置方向相反，一个电磁铁n磁极朝上，另一个电磁铁s磁极朝上，且两个电磁铁电源并联；所述刀具一端面与底架接触，另一端面与磁流变弹性体下端的一号磁流变弹性体隔板接触；所述振动传感器安装在刀具正上方；所述磁流变弹性体上端装有二号磁流变弹性体隔板，底下设有一号磁流变弹性体隔板；所述二号磁流变弹性体隔板上端装有压力传感器和传感器隔板；可选地，通过安
装多个压力传感器来准确测得阻尼压力；所述传感器隔板上装有弹簧支撑杆；所述顶架在与弹簧支撑杆的相应位置开有与弹簧支撑杆相对应的弹簧支撑杆孔位；所述弹簧支撑杆可穿过弹簧支撑杆孔位；所述阻尼弹簧安装在弹簧支撑杆上，且阻尼弹簧一端与传感器隔板接触，另一端与顶架接触；所述电机架和底架上分别安装有丝杠轴承座；所述丝杠两端安装在电机架与底架上的丝杠轴承座上；所述丝杠螺母与丝杠相配合，且丝杠螺母与顶架固定连接；所述丝杠的顶端安装有丝杠齿轮；所述电机架上安装有电机和中间齿轮轴，且电机架与底架固定连接；所述中间齿轮通过中间齿轮轴承安装在中间齿轮轴上；所述电机输出轴上安装有电机齿轮；所述电机齿轮通过中间齿轮将动力传递给丝杠齿轮，进而驱动丝杠转动和丝杠螺母的上下移动；可选地，所述丝杠齿轮的齿宽大于中间齿轮齿宽。
7.相较于其他减振刀具，本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明一种复合阻尼减振刀具夹具，所述底架上安装有两个电磁铁；所述刀具一端面与底架接触，另一端面与磁流变弹性体下端的一号磁流变弹性体隔板接触；所述振动传感器安装在刀具正上方；所述磁流变弹性体上端装有二号磁流变弹性体隔板，底下设有一号磁流变弹性体隔板；所述二号磁流变弹性体隔板上端装有压力传感器和传感器隔板；所述传感器隔板上装有弹簧支撑杆；所述顶架在与弹簧支撑杆的相应位置开有与弹簧支撑杆相对应的弹簧支撑杆孔位；所述弹簧支撑杆可穿过弹簧支撑杆孔位；所述阻尼弹簧安装在弹簧支撑杆上，且阻尼弹簧一端与传感器隔板接触，另一端与顶架接触；所述丝杠的顶端安装有丝杠齿轮；所述电机架上安装有电机和中间齿轮轴，且电机架与底架固定连接；所述中间齿轮通过中间齿轮轴承安装在中间齿轮轴上；所述电机输出轴上安装有电机齿轮；所述电机齿轮通过中间齿轮将动力传递给丝杠齿轮，进而驱动丝杠转动和丝杠螺母的上下移动；所述调节阻尼弹簧19的阻尼压力的优点在于阻尼压力可调范围广，其缺点在于调节过程中需要调动机械结构，其响应较慢；通过控制磁流变弹性体5的外加激励磁场调节磁流变弹性体5的阻尼压力的优点在于调节速度快，但缺点在于阻尼压力的调节范围较小。将串联结合使用，可实现小范围内的阻尼快速调节，同时又具有较宽的阻尼调节范围。本发明能够将减振系统集成在刀具夹具上，具有较强的通用性；并将磁流变弹性体阻尼减振与弹簧阻尼减振的优点相结合，很好地实现了阻尼的大范围机械调节与小范围快速精细调节的协同响应，易于智能控制，进而抑制刀具振动，实现精密加工。
附图说明
8.图1：一种复合阻尼减振刀具夹具整体结构图图2：一种复合阻尼减振刀具夹具零件弹簧压缩状态下局部细节图图3：一种复合阻尼减振刀具夹具零件爆炸图符号说明：1.底架、2.电磁铁、3.丝杠轴承座、4.一号磁流变弹性体隔板、5.磁流变弹性体、6.二号磁流变弹性体隔板、7.压力传感器、8.传感器隔板、9.丝杠、10.顶架、11.丝杠齿轮、12.中间齿轮轴、13.中间齿轮轴承、14.中间齿轮、15.电机齿轮、16.电机架、17.电
机、18.弹簧支撑杆、19.阻尼弹簧、20.电机驱动器、21.振动传感器、22.刀具、23.控制器、24.pwm直流电源、25.神经网络控制系统、10-1.弹簧支撑杆孔位、26.丝杠螺母。
具体实施方式
9.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
10.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
11.如图1、图2和图3所示，本发明一种复合阻尼减振刀具夹具是由底架1、电磁铁2、丝杠轴承座3、一号磁流变弹性体隔板4、磁流变弹性体5、二号磁流变弹性体隔板6、压力传感器7、传感器隔板8、丝杠9、顶架10、丝杠齿轮11、中间齿轮轴12、中间齿轮轴承13、中间齿轮14、电机齿轮15、电机架16、电机17、弹簧支撑杆18、阻尼弹簧19、电机驱动器20、振动传感器21、刀具22、控制器23、pwm直流电源24、神经网络控制系统25、弹簧支撑杆孔位10-1、丝杠螺母26组成；所述底架1上安装有两个电磁铁2；可选地，所述两个电磁铁2的磁极放置方向相反，一个电磁铁2的n磁极朝上，另一个电磁铁2的s磁极朝上，且两个电磁铁2电源并联；所述刀具22一端面与底架1接触，另一端面与磁流变弹性体5下端的一号磁流变弹性体隔板4接触；所述振动传感器21安装在刀具22正上方；所述磁流变弹性体5上端装有二号磁流变弹性体隔板6，底下设有一号磁流变弹性体隔板4；所述二号磁流变弹性体隔板6上端装有压力传感器7和传感器隔板8；可选地，通过安装多个压力传感器7来准确测得阻尼压力；所述传感器隔板8上装有弹簧支撑杆18；所述顶架10在与弹簧支撑杆18的相应位置开有与弹簧支撑杆18相对应的弹簧支撑杆孔位10-1；所述弹簧支撑杆18可穿过弹簧支撑杆孔位10-1；所述阻尼弹簧19安装在弹簧支撑杆18上，且阻尼弹簧19一端与传感器隔板8接触，另一端与顶架10接触；所述电机架16和底架1上分别安装有丝杠轴承座3；所述丝杠9两端安装在电机架16与底架1上的丝杠轴承座3上；所述丝杠螺母26与丝杠9相配合，且丝杠螺母26与顶架10固定连接；所述丝杠9的顶端安装有丝杠齿轮11；所述电机架16上安装有电机17和中间齿轮轴12，且电机架16与底架1固定连接；所述中间齿轮14通过中间齿轮轴承13安装在中间齿轮轴12上；所述电机17输出轴上安装有电机齿轮15；所述电机齿轮15通过中间齿轮14将动力传递给丝杠齿轮11，进而驱动丝杠9转动和丝杠螺母26的上下移动；可选地，所述丝杠齿轮11的齿宽大于中间齿轮14齿宽。
12.本发明一种复合阻尼减振刀具夹具的具体实施过程如下：
s101，根据待加工零部件的材质与工况环境，将刀具22安装于底架1与一号磁流变弹性体隔板4之间，通过多次加工的形式确定刀具22压紧力经验值，并将其作为压紧力初值；s102，电驱动控制器23，使其发送信号给电机驱动器20，驱动电机17输出轴正转，并带动电机齿轮15正转，进而驱动与电机齿轮15相啮合的四个中间齿轮14反转，再驱动与中间齿轮14相啮合的丝杠齿轮11正转，然后通过丝杠齿轮11驱动丝杠9正转，从而通过丝杠螺母26实现顶架10上下运动；s103，当顶架10向下运动时，压缩阻尼弹簧19，进而压紧刀具22，此时可由压力传感器7测得刀具22所受到的阻尼压力，若阻尼压力到达设定的压紧力初值时，电机17停止转动；s104，所述控制器23通过振动传感器21检测刀具22的振幅与频率，通过多个压力传感器7的平均压力值确定当前的阻尼压力；所述神经网络控制系统25的输入值包括刀具22振动的振幅、频率以及当前的阻尼压力，并通过计算输出需要给予的阻尼压力；所述神经网络控制系统25在刀具22的切削加工过程中，实时计算输出需要给予的阻尼压力的同时也在训练改进控制模型，提高其输出参数的准确性；s105，所述控制23将所需要给予的阻尼压力与当前的阻尼压力作差处理，得到阻尼压力补偿值，并实时动态调整阻尼压力来响应刀具22的动态切削力；s106，当阻尼压力补偿值小于磁流变弹性体5的阻尼压力可调范围时，通过控制器23控制pwm直流电源24的输出电压，进而控制电磁铁2产生的磁场，调节磁流变弹性体5的阻尼压力，使得当前阻尼压力等于所需要给予的阻尼压力。
13.s107，当阻尼压力补偿值大于磁流变弹性体5的阻尼压力可调范围时，控制器23通过电机驱动器20驱动电机17转动，使得顶架10上下移动，进而调整阻尼弹簧19的压缩量，调整阻尼弹簧19的阻尼压力。
14.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“一号”、“二号”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
15.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。