复合式智能深孔加工减振器及优选辅助支撑位置自移动控制方法

复合式智能深孔加工减振器及优选辅助支撑位置自移动控制方法
【专利摘要】本发明属于机械设计与制造技术领域，为解决目前深孔加工过程中，靠经验人工盲目移动辅助支撑位置，且减振效果不理想的技术问题，提供了一种复合式智能深孔加工减振器优选辅助支撑位置自移动控制方法，复合式智能深孔加工减振器包括磁流变液阻尼器、机械阻尼系统和自移动调整系统，磁流变液阻尼器包括磁流变液流体腔和减振碟盘，减振碟盘安装于磁流变液流体腔内，磁流变液流体腔的外侧设有支撑隔板槽，支撑隔板槽上缠绕通电线圈；磁流变液阻尼器、机械阻尼系统均安装在自移动调整系统上；本发明结构独特，对有效抑制深孔钻杆振动，提高深孔加工精度，实现高档深孔机床的智能数字化控制具有重要意义。
【专利说明】
复合式智能深孔加工减振器及优选辅助支撑位置自移动控制 方法
技术领域
[0001] 本发明属于机械设计与制造技术领域，具体涉及一种复合式智能深孔加工减振器 及优选辅助支撑位置自移动控制方法。
【背景技术】
[0002] 深孔加工是装备制造业的一个重要分支，其广泛应用于军工、航空、航天、高铁、机 床、发动机、汽车、能源采掘等领域。由于深孔零件的特殊功能，深孔零件常常成为决定产品 质量和效益的关键件。特别是现代机械产品对功能、结构方面的要求越来越高，深孔加工不 断向着高精度、高效率、智能化的方向发展，而深孔加工因其大长径比，多干扰性约束的独 特性，产生了其刚度系统差、冷却难、振动明显的固有劣势，加之深孔加工中刀具的旋转及 进给，同时伴随着高压切削液的动载荷耦合作用，这导致深孔加工中的弯曲扭转振动频繁， 并加剧了深孔加工刀具的磨损。而且目前深孔加工过程中，一般都是靠经验人工盲目移动 辅助支撑位置，缺乏智能主动抑振措施，导致减振效果不理想。
[0003] 针对深孔加工系统中的动态涡动、非线性振动问题，国内外研究人员对此进行了 大量的实践与理论研究，通过优化钻削参数、刀具参数，增加辅助支撑装置等措施来抑制振 动，也有研究者建立了深孔加工系统模型，研究中心支撑、辅助支撑位置、数量等对振动的 影响，但具体应用于实践的研究还很少，同时兼顾辅助支撑位置与钻削深度的相互匹配及 智能可控减振功能的深孔加工辅助支撑装置，更是未曾出现。
[0004] 因此，研制高档数控深孔加工机床，解决深孔加工弱刚度系统问题，从而有效控制 动态振动难题，最终实现高精度深孔加工的目标已刻不容缓。

【发明内容】

[0005] 本发明为解决目前深孔加工过程中，靠经验人工盲目移动辅助支撑位置，且减振 效果不理想的技术问题，提供了一种复合式智能深孔加工减振器及优选辅助支撑位置自移 动控制方法。
[0006] 本发明采用的技术方案如下： 一种复合式智能深孔加工减振器，包括减振系统和自移动调整系统，所述减振系统包 括磁流变液阻尼器和机械阻尼系统； 所述磁流变液阻尼器包括通电线圈、支撑隔板槽、减振碟盘、磁流变液、以及减振系统 前端盖和减振系统后端盖组成的磁流变液流体腔，所述磁流变液流体腔中充满磁流变液， 所述减振碟盘贯穿安装于磁流变液流体腔内，磁流变液流体腔的外侧设置有支撑隔板槽， 所述通电线圈缠绕于支撑隔板槽上； 所述机械阻尼系统包括套设在钻杆外壁的刀杆支撑套、锥形阻尼套、锥套座、深沟球轴 承、深沟球轴承座、轴承挡圈、压圈、推力球轴承、压套、推力轴承定位轴、驱动座和直线驱动 器，所述锥形阻尼套套设在刀杆支撑套外壁，锥形阻尼套外设有锥套座，锥套座的前端固定 设置有压圈，压圈与减振系统前端盖之间紧密配合，磁流变液流体腔的内侧设置有深沟球 轴承座，所述深沟球轴承座两侧与减振系统前端盖和减振系统后端盖之间紧密配合，深沟 球轴承座两侧阶梯孔分别安装第一深沟球轴承和第二深沟球轴承，第一深沟球轴承和第二 深沟球轴承的内圈之间设有轴承挡圈，所述轴承挡圈安装于锥套座上，所述锥套座的后端 设有外凸卡台，外凸卡台作用于第二深沟球轴承的内圈外侧，锥形阻尼套的后端连接有推 力轴承定位轴，推力轴承定位轴上套设有推力球轴承，推力轴承定位轴与驱动座螺纹连接， 减振系统后端盖的内腔与驱动座之间设有压套，压套上设有三级轴孔，第一级轴孔作用于 推力球轴承的外圈，第三级轴孔作用于推力轴承定位空心轴，压套与驱动座之间通过螺钉 连接，驱动座的法兰上与钻杆轴线水平平行的两侧分别连接有一个直线驱动器； 所述自移动调整系统包括支座、伺服电机、电机座、联轴器、锥齿轮减速机、滑块、直线 导轨、进给主轴、斜齿轮和减振系统底座，所述支座由水平台和两侧的支撑板构成，所述支 撑板的一侧焊接电机座，电机座的一侧安装伺服电机，另一侧安装联轴器和锥齿轮减速机， 伺服电机、联轴器与锥齿轮减速机相互连接，减振系统底座下左右两侧沿钻杆轴向方向设 有滑块和与滑块相配合的直线导轨，锥齿轮减速机安装于减振系统底座横跨两直线导轨的 中心处，锥齿轮减速机上连接进给主轴，进给主轴上安装有斜齿轮； 所述减振系统前端盖或减振系统后端盖上设有与通电线圈相连通的电源线连接通道， 减振系统前端盖与减振系统后端盖通过螺钉固定，所述减振碟盘安装于深沟球轴承座上， 所述直线驱动器水平安装于支座上，所述支座和减振系统前端盖固定安装于减振系统底座 上。
[0007] 所述减振碟盘纵向截面半侧呈扇形状，轴向两侧开设有环形网格状的凸台和凹 槽，减振碟盘依靠键、紧定螺钉及深沟球轴承座上的定位轴肩固定在深沟球轴承座上。
[0008] 所述锥形阻尼套的前端和后端分别交错相间均布开设未贯穿的楔缝。
[0009] 所述深沟球轴承座两侧与减振系统前端盖和减振系统后端盖之间分别设有密封 垫圈。
[0010] 所述压套与减振系统后端盖的内腔之间设有毛毡密封圈。
[0011] -种复合式智能深孔加工减振器优选辅助支撑位置自移动控制方法，具体实施步 骤为： 将长度为I的钻杆离散为N个节点，并将钻削深度4离散为N个节点，根据确定的加工孔 径、内外直径及材料属性，由公式：
获得辅助支撑位置、钻削深度及钻杆振动之间的关系，从而求得最优辅助支撑位置解； (1) .确定第一节点辅助支撑位置尥：
其中，
从而数值解出与钻削深度In相匹配的最优匕解； (2) .确定初始辅助支撑位置根据确定的第一辅助支撑位置因预钻引导孔的 存在，将初始辅助支撑位置相对后移即可； (3) .确定第二节点辅助支撑位置H
中，
从而数值解出与钻削深度相匹配的最优1?:解； (4) .确定各节点辅助支撑位置:!^1:、^,^:运用上述方法，
，依次获得 各钻削深度节点处相对应的最优辅助支撑位置解； (5) .根据确定的优选辅助支撑位置，确定每两个相邻支撑位置之间的位移差
，从而，确定每相邻支撑位置间的移动速度夂:^ ，而深孔加 工刀具进给速度％为恒定值，依据刀具进给速度寫，监控深孔加工深度4 = ??.，从而，建 立自移动速度及刀具进给速度'备之间的关系_ = ;通过预设辅助支撑减振装置变 速度调整程序，实现辅助支撑位置与钻削深度的自动相互匹配，达到最佳减振性能的优 选支撑位置捕捉。
[0012] 本发明的有益效果： 1、本发明将机械减振与磁流变液阻尼器复合为一体，二者相辅相成，结构紧凑，通过锥 形阻尼套与钻杆完全抱紧，增大阻尼，即产生减振作用，又更能贴切地映射钻杆的振动状 况，并将振动状况传递到减振碟盘，进而使得磁流变液阻尼器快速产生主动抑振作用，通过 机械阻尼与磁流变液逆变机制的耦合作用，极大地增强了抑振效果，即使磁流变液阻尼器 发生异常，机械阻尼系统也可以起到较好的抑振作用，同时，磁流变液阻尼器弥补了机械阻 尼系统不可主动调控的缺点。
[0013] 2、本发明中的锥形阻尼套前、后端分别交错相间均布开设未贯穿的楔缝，通过直 线度驱动器的推拉作用实现抱紧或松开，从而增大或减小阻尼。
[0014] 3、本发明中的减振碟盘纵向截面半侧呈扇形状，轴向两侧均布开设网状结构的凹 槽和凸台，增大了减振碟盘与磁流变液的接触面积，更利于对磁流变液的剪切或移动，从而 激励磁流变液发生作用。
[0015] 4、本发明采用磁流变阻尼器响应快速、连续及可逆转化的优越性能，在不同的优 选支撑位置范围内，通过施加不同外加电流的作用，完成减振性能的最优主动调控，其更适 用于大跨度深孔钻杆系统振动的有效控制。
[0016] 5、本发明利用直线驱动器实现锥形阻尼套的抱紧与松开，结构简单，响应迅速，易 于实现控制。
[0017] 6、本发明由伺服电机来控制减振器的移动速度，依据深孔加工刀具-钻杆进给速 度，可实时监控深孔加工深度，并根据加工要求，确定初始支撑位置（即初始刀具距离辅助 支撑的位置），通过理论研究建立的包含钻杆长度、进给速度、辅助支撑位置等的数学模型， 建立辅助支撑位置与钻削深度的优化路径，从而设定辅助支撑减振装置变速度调整程序， 从而以刀具-钻杆进给速度和辅助支撑装置移动速度之间的匹配调整，实现辅助支撑位置 与钻削深度的自动相互匹配，达到最佳减振性能的优选支撑位置捕捉。
[0018] 7、本发明中的自移动调整系统，利用主轴系统带动斜齿轮与机床进给系统的固定 齿条相互啮合，并安装于两滑动导轨中间位置，受力均匀，运行平稳。自移动调整系统减少 了辅助支撑的数量，同时也相对减小了相同加工深度下钻杆的长度。
[0019] 8、本发明同时利用自移动调整速度与刀具进给速度的相对速度差，利于锥形阻尼 套的抱紧。
[0020] 9、采用本发明对不同加工尺寸要求，只需相应更换钻杆、刀杆支撑套和驱动座，BP 可方便、简捷的保证辅助支撑功能的统一性。
[0021] 10、本发明从机械减振系统、磁流变液阻尼器、优选辅助支撑位置、智能控制等多 方位角度，有效改善对深孔钻杆系统的辅助支撑减振功效。将机械减振系统与磁流变液阻 尼器集成于一体，利用卡扣固定于底座，结构简单，整体拆卸方便。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的主视图； 图2为本发明的侧视图； 图3为减振碟盘的结构示意图； 图4为锥形阻尼套的主视图； 图5为锥形阻尼套的侧视图； 图6为自移动变速度控制策略原理图； 图中：1-通电线圈；2-支撑隔板槽;3-磁流变液流体腔;4-减振碟盘;5-密封垫圈；6-第 一深沟球轴承;7-第二深沟球轴承;8-压圈;9-锥套座；10-钻杆;11-刀杆支撑套；12-锥形阻 尼套；13-轴承挡圈；14-深沟球轴承座；15-键；16-减振系统前端盖；17-电源线连接通道； 18-吊环螺钉；19-磁流变液;20-密封圈；21-减振系统后端盖;22-紧定螺钉;23-毛毯密封 圈；24-推力球轴承；25-压套；26-推力轴承定位轴；27-内六角圆柱头螺钉;28-驱动座； 29-直线驱动器前接头30-法兰；31-直线驱动器;32-支座；33-锥齿轮减速机；34-进给主 轴;35-斜齿轮;36-锁紧螺栓;37-双头螺柱;38-锁扣;39-减振系统底座;40-电机座;41-联 轴器;42-伺服电机;43-滑块;44-直线导轨;45-工件;46-减振器辅助支撑。
【具体实施方式】
[0023] -种复合式智能深孔加工减振器，包括减振系统和自移动调整系统，所述减振系 统包括磁流变液阻尼器和机械阻尼系统； 如图1、2所示，所述磁流变液阻尼器包括通电线圈1、支撑隔板槽2、减振碟盘4、磁流变 液19、以及减振系统前端盖16和减振系统后端盖21组成的磁流变液流体腔3,所述磁流变液 流体腔3中充满磁流变液19，所述减振碟盘4贯穿安装于磁流变液流体腔3内，磁流变液流体 腔3的外侧设置有支撑隔板槽2,所述通电线圈1缠绕于支撑隔板槽2上，如图3所示，为了增 大减振碟盘4与磁流变液19的接触面积，所述减振碟盘4两侧开设有环形网格状的凸台，所 述减振系统前端盖16或减振系统后端盖21上设有与通电线圈1相连通的电源线连接通道 17,减振系统前端盖16与减振系统后端盖21通过内六角圆柱头螺钉固定，为防止磁流变液 19泄露，减振系统前端盖16与减振系统后端盖21连接处设有密封圈20。
[0024]如图1、2所示，所述机械阻尼系统包括套设在钻杆10外壁的刀杆支撑套11、锥形阻 尼套12、锥套座9、深沟球轴承、深沟球轴承座14、轴承挡圈13、压圈8、推力球轴承24、压套 25、推力轴承定位轴26、驱动座28和直线驱动器31，所述锥形阻尼套12套设在刀杆支撑套11 外壁，锥形阻尼套12外设有锥套座9,锥套座9的前端固定设置有压圈8,压圈8与减振系统前 端盖16之间紧密配合，磁流变液流体腔3的内侧设置有深沟球轴承座14,所述深沟球轴承座 14两侧与减振系统前端盖16和减振系统后端盖21之间紧密配合，并分别设有密封垫圈5,防 止磁流变液的泄露，深沟球轴承座14两侧阶梯孔分别安装第一深沟球轴承6和第二深沟球 轴承7,并保证两深沟球轴承与深沟球轴承座14之间过渡配合，第一深沟球轴承6和第二深 沟球轴承7的内圈之间设有轴承挡圈13，所述轴承挡圈13安装于锥套座9上，所述锥套座9的 后端设有外凸卡台，外凸卡台及减振系统后端盖21的偏轴心侧台阶作用于第二深沟球轴承 7的内、外圈外侧，实现深沟球轴承的定位，8-压圈外侧及减振系统前端盖16的偏轴心侧台 阶分别作用于第一深沟球轴承6的内、外圈；减振碟盘4通过键15、紧定螺钉22及深沟球轴承 座上的定位挡圈被轴向夹紧于深沟球轴承座上（即定位），并实现动力传递，伴随着旋转钻 杆10动态振动，减振碟盘4相应映射其状态，略微的转动或横向移动，都将引起减振碟盘4剪 切磁流变液;锥形阻尼套12的后端连接有推力轴承定位轴26,推力轴承定位轴26上套设有 推力球轴承24，推力轴承定位轴26的内孔带有螺纹，与驱动座28的第一级轴孔间螺纹连接， 减振系统后端盖21的内腔与驱动座28之间设有压套25,压套25与减振系统后端盖21的内腔 之间采用毛毡密封圈23密封，压套25上设有三级轴孔，第一级轴孔作用于推力球轴承24的 外圈，第三级轴孔作用于推力轴承定位空心轴26,压套25与驱动座28之间通过内六角圆柱 头螺钉27连接，驱动座28的法兰上与钻杆10轴线水平平行的两侧分别连接有一个直线驱动 器31，直线驱动器31的推拉运动带动锥形阻尼套12收紧和松开，如图4、5所示，锥形阻尼套 12前、后端分别均布开设未贯穿的楔缝，因楔缝而夹紧，进而使与钻杆10过盈配合的刀杆支 撑套11抱紧钻杆10,并且锥形阻尼套12的安装应为小直径端即前端与进给方向一致，直线 驱动器31通过底盘的两个法兰水平安装于支座32上，支座32与减振器相对独立。
[0025] 如图1、2所示，所述自移动调整系统包括支座32、伺服电机42、电机座40、联轴器 41、锥齿轮减速机33、滑块43、直线导轨44、进给主轴34、斜齿轮35和减振系统底座39,所述 支座32由水平台和两侧的支撑板构成，所述支撑板的一侧焊接电机座40,电机座40的一侧 安装伺服电机42,另一侧安装联轴器41和锥齿轮减速机33,通过电机座40的定位将伺服电 机42、联轴器41与锥齿轮减速机33相互连接，减振系统底座39下左右两侧沿钻杆10轴向方 向设有滑块43和与滑块43相配合的直线导轨44,锥齿轮减速机33安装于减振系统底座39横 跨两直线导轨44的中心处，锥齿轮减速机33上连接进给主轴34,通过锁紧螺栓将斜齿轮35 安装于进给主轴34上;减振系统、支座32整体安装于减振系统底座39上，减振系统前端盖16 与钻杆10水平平行的外侧开设有水平台，通过锁扣38及双头螺柱37固定于减振系统底座39 上，减振系统底座39通过滑块43与直线导轨44相配合，实现轴向进给与推出。通过预编制控 制程序来控制伺服电机42，自动调节自移动速度进而调整支撑位置，实现与钻削深度匹配 的优选辅助支撑位置。
[0026] 所述复合式智能深孔加工减振器的自移动调整是依据减振器的变速度移动与刀 具-钻杆进给速度的实时匹配，来实现加工深度与减振器辅助支撑位置的相互最优匹配的 主动调控策略。
[0027] 如图6所示，本发明的复合式智能深孔加工减振器优选辅助支撑位置自移动控制 方法的具体实施步骤为： 将长度为I的钻杆离散为N个节点（一般情况取N为32即可），并将钻削深度％离散为N 个节点，根据确定的加工孔径，内外直径及材料属性，由公式：
获得辅助支撑位置、钻削深度及钻杆振动之间的关系，从而可求得最优辅助支撑位置 解； (1).确定第一节点辅助支撑位置％
其中
从而数值解出与钻削深度4:3：相匹配的最优1?解。
[0028] (2).确定初始辅助支撑位置1?:根据确定的第一辅助支撑位置1?，因预钻引导 孔的存在，将初始辅助支撑位置相对后移
[0029] (3).确定第二节点辅助支撑位置:?:
并分别取
从而数值解出与钻削深度相匹配的最优， 解。
[0030] (4).确定各节点辅助支撑位置:运用上述方法，
，依此 获得各钻削深度节点处相对应的最优辅助支撑位置解。
[0031] (5).根据确定的优选辅助支撑位置，可确定每两个相邻支撑位置之间的位移差 具进给速度^为恒定值，依据刀具进给速度^，便可监控深孔加工深度A = ，从而， 建立自移动速度及刀具进给速度.?之间的关系A ;通过预设辅助支撑减振装置 变速度繫@调整程序，即可实现辅助支撑位置与钻削深度的自动相互匹配，达到最佳减振性 能的优选支撑位置捕捉。 实施例
[0032] 实验参数:刀具直径为18.91，钻杆长度为1800,内径为11.5及外径为17,杨氏模量 E为2.06*10npa，加工合金钢材料，其密度为7.87*103，加工深度200，切削液密度866kg/m 3。
[0033] 通过上述方程进行求解，确定第一辅助支撑位置1?，
：取
求得钻杆前五阶固有频率，分别为39.538，103.718，200.477，329.390， 490.571
，求得钻杆前五阶固有频率，分别为39.261，103.362，200.016， 328.823，482.325;依次求得1?各取值单元I；".处钻杆的固有频率，而加工过程中，钻杆 长度、转速等切削参数不变，相比较各节点处固有频率，
，其固有频 率为35.318，98.630，189.329，318.469，483.076，第一阶固有频率较低，抑振效果较好。从 而确定初始辅助支撑
，减振器的移动速度巧与刀具进给速度&一致， 实验中刀具进给速度为l〇mm/min。
[0034] 依次确定第二辅助支撑位置鳴:在:
处抑振效果良好，从而确定 从第一辅助支撑处到第二辅助支撑处，减振器的移动速度
，即确 定减振器的移动速度1.?为96562Smrn/m!n，再依次确定每相邻支撑位置间的移动速度 鳴:％?、，之后依据刀具进给速度鳥.，便可监控深孔加工深度Ie = 从而，建立自移 动速度及刀具进给速度巧之间的关系巧夂？!％;所有计算的数据本领域的技术人员 根据公知常识容易得出。
[0035]本发明复合式智能深孔加工减振器的具体组装及使用： 利用内六角圆柱头螺钉将锥套座9固定于压圈8的内侧，依次安装深沟球轴承、轴承挡 圈13、深沟球轴承座14和减振系统前端盖16;压圈8与减振系统前端盖16之间利用毛毡密封 圈进行密封，深沟球轴承座14的外侧分别加装密封垫圈5,从而与减振系统前端盖16、减振 系统后端盖21形成密封及轴向夹紧，依靠减振系统前端盖16的轴承定位台、轴承挡圈13及 深沟球轴承座14的阶梯凸台对深沟球轴承进行内外圈的轴向固定;通过键15、紧定螺钉22 将减振碟盘4固定于深沟球轴承座14卡台上，形成整体;并依次将通电线圈1、支撑隔板槽2 安装于减振系统前端盖16的外侧底孔；由内六角圆柱头螺钉将减振系统前端盖16和减振系 统后端盖21固定;整个磁流变液流体腔3中充满磁流变液19。
[0036]推力轴承定位轴26通过销钉连接于锥形阻尼套12的后端，推力球轴承24套装于推 力轴承定位轴26上，压套25与减振系统后端盖21之间利用毛毡密封圈23进行密封，并将压 套25第一级轴孔作用于推力球轴承24的外圈；压套25与驱动座28之间用内六角圆柱头螺钉 27连接，驱动座28与推力轴承定位轴26之间螺纹连接构成组件。刀杆支撑套11、锥形阻尼套 12、减振系统前端盖16、减振系统后端盖21、驱动座28与钻杆10都严格同轴。
[0037]两个直线驱动器31上的直线驱动器前接头29利用螺纹及销钉连接于与钻杆10轴 线水平平行的驱动座28的法兰上两侧，直线驱动器31的推拉运动带动锥形阻尼套12收紧和 松开，从而增大或减小对钻杆10的阻尼;直线驱动器31通过底盘的两个法兰水平安装于支 座32上，支座32与减振系统相对独立。支座32由水平台和两侧支撑板构成，两侧支撑板的一 侧焊接电机座40,通过电机座40的定位将伺服电机42、联轴器41与锥齿轮减速机33相互连 接，并将锥齿轮减速机33安装于减振系统底座39横跨两直线导轨44的中心处，利于保证运 行平稳，锥齿轮减速机33上连接进给主轴34，通过锁紧螺栓36将斜齿轮35安装于进给主轴 34上。减振系统、支座32整体安装于减振系统底座39上，减振系统前端盖16与钻杆10水平平 行的外侧开设有水平台，通过锁扣38及双头螺柱37固定于减振系统底座39上，拆卸时，只需 抽出钻杆10,松开两侧锁扣38,即可由吊环螺钉18,将磁流变液阻尼器和机械阻尼系统整体 拆离;减振系统底座39通过滑块43与直线导轨44相配合，实现轴向进给与推出。通过预编制 控制程序来控制伺服电机42,自动调节移动速度进而调整支撑位置，实现与钻削深度匹配 的优选辅助支撑位置。钻杆10从减振系统后端盖21中心穿过，一般支撑减振系统的移动速 度小于刀具进给速度，而锥形阻尼套12抱紧钻杆10,利用相对速度差及锥形阻尼套12与钻 杆10之间的相互摩擦力更利于锥形阻尼套12抱紧钻杆10;不同加工尺寸要求，只需相应更 换钻杆10,刀杆支撑套11和驱动座28,即可方便、简捷的保证辅助支撑功能的统一性。
[0038]在钻削过程中，先由直线驱动器31向刀具进给方向推挤驱动座28,使得压套25挤 压推力球轴承24,进而将锥形阻尼套12收紧，并带动刀杆支撑套11抱紧钻杆10,同时，根据 自移动到不同优选辅助支撑位置，还可根据实际深孔加工振动状态适时调整通电线圈1的 电流，从而改变磁流变阻尼效应以达到对钻杆系统的主动控制。最终实现从机械减振系统、 磁流变液阻尼器、优选辅助支撑位置、智能控制等多方位角度，有效改善对深孔钻杆系统的 辅助支撑减振功效，大幅提高深孔加工精度，提升深孔加工装备档次和智能化水平。
[0039]本发明的目的是研制一种基于磁流变液与机械阻尼复合式智能减振器，该复合式 智能减振器不仅可以提供敏捷、可控的减振功能，而且可以随着加工深度的不断变化，自动 匹配其支撑位置，依靠机械减振系统、磁流变液阻尼器、优选辅助支撑位置、智能控制等多 方位减振策略，实现精准、智能主动调控，解决目前深孔加工设备中，靠经验人工盲目移动 辅助支撑位置，且减震效果不理想的状况。本发明结构独特，是在长期理论研究，并结合深 孔加工实际的基础上，突破性地发明，对有效抑制深孔钻杆振动，提尚深孔加工精度，实现 高档深孔机床的智能数字化控制具有重要意义。
【主权项】
1. 一种复合式智能深孔加工减振器，其特征在于:包括减振系统和自移动调整系统，所 述减振系统包括磁流变液阻尼器和机械阻尼系统； 所述磁流变液阻尼器包括通电线圈（1)、支撑隔板槽(2)、减振碟盘(4)、磁流变液（19)、 以及减振系统前端盖（16)和减振系统后端盖(21)组成的磁流变液流体腔(3)，所述磁流变 液流体腔(3)中充满磁流变液(19)，所述减振碟盘(4)贯穿安装于磁流变液流体腔(3)内，磁 流变液流体腔（3)的外侧设置有支撑隔板槽(2)，所述通电线圈（1)缠绕于支撑隔板槽（2) 上； 所述机械阻尼系统包括套设在钻杆（10)外壁的刀杆支撑套（11)、锥形阻尼套（12)、锥 套座(9)、深沟球轴承、深沟球轴承座（14)、轴承挡圈（13)、压圈（8)、推力球轴承(24)、压套 (25)、推力轴承定位轴(26)、驱动座(28)和直线驱动器(31)，所述锥形阻尼套（12)套设在刀 杆支撑套（11)外壁，锥形阻尼套（12)外设有锥套座(9)，锥套座(9)的前端固定设置有压圈 (8)，压圈（8)与减振系统前端盖(16)之间紧密配合，磁流变液流体腔(3)的内侧设置有深沟 球轴承座（14)，所述深沟球轴承座（14)两侧与减振系统前端盖(16)和减振系统后端盖(21) 之间紧密配合，深沟球轴承座（14)两侧阶梯孔分别安装第一深沟球轴承(6)和第二深沟球 轴承(7)，第一深沟球轴承(6)和第二深沟球轴承(7)的内圈之间设有轴承挡圈（13)，所述轴 承挡圈（13)安装于锥套座(9)上，所述锥套座(9)的后端设有外凸卡台，外凸卡台作用于第 二深沟球轴承(7)的内圈外侧，锥形阻尼套（12)的后端连接有推力轴承定位轴(26)，推力轴 承定位轴(26)上套设有推力球轴承(24)，推力轴承定位轴(26)与驱动座(28)螺纹连接，减 振系统后端盖(21)的内腔与驱动座(28)之间设有压套(25)，压套(25)上设有三级轴孔，第 一级轴孔作用于推力球轴承(24)的外圈，第三级轴孔作用于推力轴承定位空心轴（26)，压 套(25)与驱动座(28)之间通过螺钉连接，驱动座(28)的法兰上与钻杆（10)轴线水平平行的 两侧分别连接有一个直线驱动器(31); 所述自移动调整系统包括支座（32)、伺服电机(42)、电机座(40)、联轴器(41)、锥齿轮 减速机(33)、滑块(43)、直线导轨(44)、进给主轴(34)、斜齿轮(35)和减振系统底座(39)，所 述支座（32)由水平台和两侧的支撑板构成，所述支撑板的一侧焊接电机座（40)，电机座 (40)的一侧安装伺服电机(42)，另一侧安装联轴器(41)和锥齿轮减速机（33)，伺服电机 (42)、联轴器（41)与锥齿轮减速机（33)相互连接，减振系统底座（39)下左右两侧沿钻杆 (10)轴向方向设有滑块(43)和与滑块(43)相配合的直线导轨(44)，锥齿轮减速机(33)安装 于减振系统底座（39)横跨两直线导轨（44)的中心处，锥齿轮减速机（33)上连接进给主轴 (34)，进给主轴(34)上安装有斜齿轮(35); 所述减振系统前端盖（16)或减振系统后端盖(21)上设有与通电线圈（1)相连通的电源 线连接通道（17)，减振系统前端盖（16)与减振系统后端盖(21)通过螺钉固定，所述减振碟 盘(4)安装于深沟球轴承座（14)上，所述直线驱动器(31)水平安装于支座(32)上，所述支座 (32)和减振系统前端盖(16)固定安装于减振系统底座(39)上。2. 根据权利要求1所述的一种复合式智能深孔加工减振器，其特征在于:所述减振碟盘 (4)纵向截面半侧呈扇形状，轴向两侧开设有环形网格状的凸台和凹槽，减振碟盘(4)依靠 键、紧定螺钉及深沟球轴承座(14)上的定位轴肩固定在深沟球轴承座(14)上。3. 根据权利要求1或2所述的一种复合式智能深孔加工减振器，其特征在于:所述锥形 阻尼套(12)的前端和后端分别交错相间均布开设未贯穿的楔缝。4. 根据权利要求3所述的一种复合式智能深孔加工减振器，其特征在于:所述深沟球轴 承座(14)两侧与减振系统前端盖(16)和减振系统后端盖(21)之间分别设有密封垫圈（5)。5. 根据权利要求4所述的一种复合式智能深孔加工减振器，其特征在于:所述压套(25) 与减振系统后端盖(21)的内腔之间设有毛毡密封圈（23)。6. -种如权利要求5所述的复合式智能深孔加工减振器优选辅助支撑位置自移动控制 方法，其特征在于，具体实施步骤为： 将长度为1的钻杆离散为N个节点，并将钻削深度4离散为N个节点，根据确定的加工孔 径、内外直径及材料属性，由公式：获得辅助支撑位置、钻削深度及钻杆振动之间的关系，从而求得最优辅助支撑位置解； (1) 确定第一节点辅助支撑位置1?其中，从而数值解出与钻削深度％相匹配的最优解； (2) 确定初始辅助支撑位置/、：根据确定的第一辅助支撑位置匕，因预钻引导孔的存 在，将初始辅助支撑位置相对后移(3) 确定第二节点辅助支撑位置其中从而数值解出与钻削深度1?相匹配的最优1?解； (4) 确定各节点辅助支撑位置:运用上述方法依次获 得各钻削深度节点处相对应的最优辅助支撑位置解； (5) 根据确定的优选辅助支撑位置，确定每两个相邻支撑位置之间的位移差轧鸿~ IV;.=鸸， 从而，确定每相邻支撑位置间的移动速度％#2".；%，而深孔加工刀具进给速度％为恒定 值，依据刀具进给速度1?，监控深孔加工深度1?%，从而，建立自移动速度％:及刀具 进给速度％之间的关系％ 通过预设辅助支撑减振装置变速度Α?调整程序，实现 辅助支撑位置与钻削深度的自动相互匹配，达到最佳减振性能的优选支撑位置捕捉。
【文档编号】B23Q11/00GK105921786SQ201610398101
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】张煌, 沈兴全, 李耀明, 翟宁
【申请人】中北大学