一种抑制薄壁工件切削振动的被动式阻尼器的制作方法

[0001]
本发明属于切削加工技术领域，具体涉及一种抑制薄壁工件切削振动的被动式阻尼器。


背景技术：

[0002]
本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
[0003]
薄壁工件在航空航天领域普遍存在。薄壁零件的弱刚性极易引发切削颤振，导致加工表面质量恶化、刀具磨损加剧等系列危害，而且随着薄壁工件材料的快速去除以及刀具轨迹的快速变化，薄壁零件的动力学特性及切削稳定性均难以精确预测。
[0004]
被动阻尼器是切削加工过程中用来抑制薄壁工件振动的有效方法。针对薄壁工件的切削振动，动力吸振器常采用弹簧-质量单元，吸振效果好但抑振带宽小，单一阻尼式耗能阻尼器抑振带宽大但阻尼效率低，且因为结构限制，被动阻尼器带宽调节困难且可调节范围较小，因此针对不同薄壁工件需要重复进行阻尼器的设计与加工，导致加工效率低下。在安装过程中，被动阻尼器安装常采用胶水粘贴或螺栓紧固方式，对薄壁工件表面会造成影响或破坏，影响薄壁工件的使用。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是至少解决现有技术中用于切削加工的阻尼器装夹易破坏薄壁工件并且抑振带宽调节不便的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]
本发明提出了一种抑制薄壁工件切削振动的被动式阻尼器，其特征在于，所述被动式阻尼器包括：
[0007]
真空连接单元，所述真空连接单元用于通过真空吸附的方式连接所述薄壁工件；
[0008]
抑振单元，所述抑振单元包括固定部和套设于所述固定部的外侧的振动质量部，所述固定部与所述真空连接单元固定连接，所述振动质量部以可滑动的方式与所述固定部连接，并且所述振动质量部在所述固定部的轴向方向的固定范围内滑动；
[0009]
带宽调节单元，所述带宽调节单元与所述振动质量部连接，所述带宽调节单元的轴向方向与所述抑振单元的轴向方向平行，所述带宽调节单元包括至少一个扩展质量盘和/或至少一个扩展阻尼盘。
[0010]
本发明提出的被动式阻尼器通过真空连接单元与薄壁工件真空吸附连接，不需要针对不同的薄壁工件进行连接结构的设计，并且真空连接不会破坏薄壁工件的薄壁表面，在薄壁工件振动时，抑振单元通过转化并耗散薄壁工件的振动能量，提高系统的阻尼，从而抑制铣削加工中薄壁工件的颤振现象，并且阻尼器还包括带宽调节单元，能够通过调节扩展质量盘和扩展阻尼盘的数量调节抑振带宽，调节范围大，操作方便。
[0011]
另外，根据本发明的被动式阻尼器，还可具有如下附加的技术特征：
[0012]
在本发明的一些实施例中，所述真空连接单元包括：
[0013]
设有气孔的真空吸盘，所述真空吸盘用于吸附在所述薄壁工件表面；
[0014]
真空转接头，所述真空转接头包括进气道和与所述进气道连通的出气道，所述真空转接头连接于所述真空吸盘连接，所述进气道与所述气孔连通，所述真空转接头与所述抑振单元的所述固定部固定连接；
[0015]
真空胶管，所述真空胶管的第一端与所述真空转接头的所述出气道连通；
[0016]
真空泵，所述真空泵的进气口与所述真空胶管的第二端连通。
[0017]
在本发明的一些实施例中，所述抑振单元还包括连接棒，所述固定部通过所述连接棒与所述真空连接单元固定连接，所述固定部与所述真空连接单元之间的距离大于或等于所述固定范围，所述振动质量部包括端盖和振动扩展质量盘，所述振动扩展质量盘包括套设于所述固定部的本体部和沿所述本体部的周向方向设置的盘部，所述本体部呈筒型，所述本体部的内部形成有用于所述振动质量部相对于所述固定部滑动的活动空间，所述本体部的底端设有用于所述连接棒穿出的第一通孔，所述端盖封闭所述本体部的开口端。
[0018]
在本发明的一些实施例中，所述抑振单元还包括摩擦套，所述摩擦套套装在所述固定部的外侧，所述摩擦套的外壁面与所述振动扩展质量盘的所述本体部的内壁面相贴合。
[0019]
在本发明的一些实施例中，所述被动式阻尼器还包括设于所述盘部上的至少一个螺栓孔以及与所述螺栓孔匹配的至少一个固定螺钉，所述带宽调节单元包括至少一个扩展质量盘和至少一个扩展阻尼盘，所述扩展质量盘和/或所述扩展阻尼盘通过所述固定螺钉与所述盘部固定连接。
[0020]
在本发明的一些实施例中，所述端盖上的第二通孔。
[0021]
在本发明的一些实施例中，所述振动扩展质量盘的所述本体部为圆筒结构，所述固定部为圆柱结构。
[0022]
在本发明的一些实施例中，所述进气道与所述真空转接头同轴设置，所述出气道与所述进气道正交，所述真空转接头的顶端设有与所述真空转接头同轴的螺纹孔，所述抑振单元还包括连接棒，所述固定部与所述连接棒的一端连接，所述连接棒的另一端与所述螺纹孔螺接。
[0023]
在本发明的一些实施例中，所述扩展质量盘至少为两个，所述扩展阻尼盘至少为一个，相邻的两个所述扩展质量盘之间夹持有一个所述扩展阻尼盘。
[0024]
在本发明的一些实施例中，所述扩展质量盘与所述扩展阻尼盘均为圆盘形，并且所述扩展质量盘与所述扩展阻尼盘的中间均设有一个通孔用于所述抑振单元穿过。
附图说明
[0025]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
[0026]
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的阻尼器的剖视示意图；
[0027]
图2示意性地示出了根据本发明实施方式的阻尼器的真空连接单元的结构示意图；
[0028]
图3示意性地示出了根据本发明实施方式的阻尼器的真空转接头的剖视示意图；
[0029]
图4示意性地示出了根据本发明实施方式的阻尼器的抑振单元的剖视示意图；
[0030]
图5示意性地示出了根据本发明实施方式的阻尼器的振动质量部的俯视示意图；
[0031]
图6示意性地示出了根据本发明实施方式的阻尼器的抑振单元与带宽调节单元配合的剖视示意图；
[0032]
图7示意性地示出了根据本发明实施方式的阻尼器的抑振单元与带宽调节单元配合的俯视示意图；
[0033]
图8示意性地示出了根据本发明实施方式的阻尼器的结构分解示意图；
[0034]
图9示意性地示出了根据本发明实施方式的阻尼器的结构示意图；
[0035]
图10示意性地示出了根据本发明实施方式的阻尼器安装在薄壁工件上时的结构示意图。
[0036]
附图中各标记表示如下：
[0037]
1：真空连接单元、11：真空吸盘、12：真空转接头、13：真空胶管、14：真空泵、121：进气道、122：出气道、123：螺纹孔；
[0038]
2：抑振单元、21：端盖、211：第一通孔、22：振动质量部、221：本体部、222：盘部、223：螺栓孔、224：第二通孔、23：摩擦套、24：固定部、25：连接棒、26：空腔；
[0039]
3：带宽调节单元、31：固定螺钉、32：扩展质量盘、33：扩展阻尼盘。
[0040]
4：薄壁工件；
具体实施方式
[0041]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0042]
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
[0043]
尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如
“”
、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
[0044]
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述
为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
[0045]
如图1至图10所示，本发明提出了一种抑制薄壁工件切削振动的被动式阻尼器，用于抑制薄壁工件4在切削加工过程中的振动，被动式阻尼器包括：
[0046]
真空连接单元1，真空连接单元1用于通过真空吸附的方式连接薄壁工件4；
[0047]
抑振单元2，抑振单元2包括固定部24和套设于固定部24的外侧的振动质量部22，固定部24与真空连接单元1固定连接，振动质量部22以的方式与固定部24连接，并且振动质量部22在固定部24的轴向方向固定范围内滑动，例如振动质量部22套设于固定部24滑动，或者固定部24套设于震动质量部滑动；
[0048]
带宽调节单元3，带宽调节单元3与振动质量部22连接，带宽调节单元3的轴向方向与抑振单元2的轴向方向平行，带宽调节单元3包括至少一扩展质量盘32和/或至少一个扩展阻尼盘33。扩展质量盘32和扩展阻尼盘33可以根据不同的加工情况和使用需求灵活的改变其大小、材料、安装数量、安装顺序以及安装方式，从而灵活的对阻尼器的质量比和阻尼比进行调节，使阻尼器能够在较宽的振动频带范围内满足加工抑振的需求。
[0049]
本发明提出的被动式阻尼器通过真空连接单元1与薄壁工件4真空吸附连接，不需要针对不同的薄壁工件4进行连接结构的设计，并且真空连接不会破坏薄壁工件4的薄壁表面，在薄壁工件4振动时，抑振单元2通过吸收并转化薄壁工件4的振动能量从而提高系统的阻尼，抑制铣削加工中薄壁工件4的颤振现象，并且阻尼器还包括带宽调节单元3，带宽调节单元3可以根据实际使用的需求灵活便捷的对阻尼器的质量比和阻尼比进行调节，极大的改善了因需求变化导致需要重新设计阻尼器的现状，使阻尼器的应用范围更加广泛，也大大减少了重复性的设计工作，提高了整体加工效率。
[0050]
在本发明的一些实施例中，真空连接单元1包括：
[0051]
设有气孔的真空吸盘11，真空吸盘11用于吸附在薄壁工件4表面；
[0052]
真空转接头12，真空转接头12包括进气道121和与进气道121连通的出气道122，真空转接头12设有进气道121的一端与真空吸盘11连接，进气道121与真空吸盘11的气孔连通，真空转接头12与抑振单元2的固定部24固定连接；
[0053]
真空胶管13，真空胶管13的第一端与真空转接头12的出气道122连通；
[0054]
真空泵14，真空泵14的进气口与真空胶管13的第二端连通。
[0055]
进气道121和出气道122在真空转接头12的内部连通形成气体通路，使真空吸盘11与薄壁工件4间的空气可以被真空泵14抽出，从而形成真空低压环境，使阻尼器固定在待加工薄壁工件4上，因此阻尼器不会与薄壁工件4表面发生化学反应而改变薄壁工件4表面特性，避免了传统被动阻尼器安装时用胶水粘贴影响薄壁工件4表面材料特性以及使用螺栓紧固破坏薄壁工件4表面完整性的问题，而且阻尼器不仅可以安装在常见平面上，也可以安装在满足一定曲率条件的曲面上，使阻尼器的应用范围更加广泛。
[0056]
在本发明的一些实施例中，抑振单元2还包括连接棒25，固定部24通过连接棒25与真空连接单元1固定连接，固定部24与真空连接单元1之间的空间能够容纳振动质量部22沿固定部24的轴向方向滑动，振动质量部22包括端盖21和振动扩展质量盘32，振动扩展质量
盘32包括套设于固定部24的本体部221和沿本体部221的周向方向设置的盘部222，本体部221呈筒型，本体部221的内部形成用于振动质量部22相对于于固定部24滑动的活动空间，本体部221的底端设有用于连接棒25穿出的第一通孔211，端盖21封闭本体部221的开口端。
[0057]
并且，本发明的抑振单元可以通过复合阻尼的方式抑制薄壁工件4加工中的颤振，包括冲击阻尼、摩擦阻尼和空气阻尼，其总阻尼系数c＝ci(冲击阻尼)+cf(摩擦阻尼)+cg(空气阻尼)，抑振效果更好，能够有效的提升加工精度和加工效率。
[0058]
在本发明的一些实施例中，固定部24一般为柱形，例如圆柱形或者棱柱形，其可与振动质量部22发生碰撞从而产生能量交换，为阻尼器提供冲击阻尼c
i
，其值由固定部24与振动质量部22之间的空隙b决定。在薄壁工件4振动时，抑振单元2能将薄壁工件4的振动能量转化为振动质量部22的动能以及固定部24与振动质量部22碰撞时产生的内能，从而起到耗散薄壁工件4振动能量的作用，抑制铣削加工中薄壁工件4的颤振现象。
[0059]
在本发明的一些实施例中，固定部24还包括摩擦套23，摩擦套23套设于固定部24的外侧，摩擦套23的外壁面与振动扩展质量盘32的本体部221的内壁面相贴合。摩擦套23与振动质量部22之间通过过盈装配具有一定的预紧力f，为阻尼器提供摩擦阻尼c
f
，摩擦阻尼c
f
可由能量损耗等效求出：
[0060][0061]
在薄壁工件4振动时，抑振单元2能将薄壁工件4的振动能量转化为振动质量部22的动能、摩擦套23与振动质量部22之间摩擦产生的热能以及固定部24与振动质量部22碰撞时产生的内能，从而起到耗散薄壁工件4振动能量的作用，抑制铣削加工中薄壁工件4的颤振现象。
[0062]
在本发明的一些实施例中，端盖21上设有第二通孔224。可在阻尼器工作时提供气体阻尼c
g
，气体阻尼c
g
由端盖21处小孔大小a决定，其值可由下式计算得出：
[0063][0064]
在薄壁工件4振动时，抑振单元2能将薄壁工件4的振动能量转化为振动质量部22空腔内空气被从端盖21的第二通孔224挤压出时产生的动能和热能，从而起到耗散薄壁工件4振动能量的作用，抑制铣削加工中薄壁工件4的颤振现象。
[0065]
在本发明的一些实施例中，阻尼器还包括设于振动扩展质量盘32的盘部222上的至少一个螺栓孔223以及与螺栓孔223匹配的至少一个固定螺钉31，扩展质量盘32和/或扩展阻尼盘33通过固定螺钉31与盘部222固定连接，装卸方便，装配可靠，不易受振动而松脱
[0066]
在本发明的一些实施例中，振动扩展质量盘32的本体部221为圆筒结构，固定部24为圆柱结构，圆柱形和圆筒形的结构加工方便，滑动稳定。
[0067]
在本发明的一些实施例中，真空转接头12的进气道121与真空转接头12同轴设置，出气道122与进气道121正交，真空转接头12的顶端设有与真空转接头12同轴的螺纹孔123，连接棒25远离固定部24的一端与螺纹孔123螺接，螺纹连接结构可靠密封性好，出气道122与进气道121正交使真空吸盘11和真空胶管13安装位置错开，便于装配。
[0068]
在本发明的一些实施例中，被动式阻尼器还包括至少两个扩展质量盘32和至少一个扩展阻尼盘33，相邻的两个扩展质量盘32之间夹持有一个扩展阻尼盘33，使扩展阻尼盘33在扩展质量盘32之间产生阻尼吸收薄壁工件4切削时的振动。
[0069]
在本发明的一些实施例中，扩展质量盘32与扩展阻尼盘33均为圆盘形，并且扩展质量盘32与扩展阻尼盘33的中间均设有一个通孔用于抑振单元2穿过，上述结构使带宽调节单元3和抑振单元2能够同轴设置。
[0070]
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。