薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置及减振方法

薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置及减振方法
【专利摘要】本发明涉及一种薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置及减振方法。传统上的薄壁件减振装置，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。本发明组成包括：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）。本发明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】薄壁件铁削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置及减振方法
[0001 ]
技术领域： 本发明设及薄壁件数控加工领域，具体设及当多轴数控机床(如五轴数控机床)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的方法。
[0002]
【背景技术】： 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W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W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，运 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W机床 上叶轮加工的减振问题就十分重要； 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，运导致加工尺寸，零件的精度大大 降低，制约着薄壁件的高精度加工，所W怎样抑制薄壁件的振动也是机械加工领域的一大 课题； 总结起来，大约有W下几种:通过机床结构设计或者结构优化W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，特别在抑制锐削颤振方面。
[0003]

【发明内容】
： 本发明的目的是提供一种薄壁件锐削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置及减振方法。
[0004] 上述的目的通过W下的技术方案实现： 一种薄壁件锐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。
[0005] 所述的薄壁件锐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。
[0006] 所述的薄壁件锐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的一个侧面粘接，所述的叶片另一个侧面是待加工面(采用球头锐 刀加工）。
[0007] -种薄壁件锐削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置及减振方法。该方法包括如下 步骤: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、减少切削振动； 所述的薄壁件锐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Ξ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W可W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，在锐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W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W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颤振及减小振动的目的，同时贴附在 型腔外部底侧的阻尼层可W有效地减少振动、破坏共振的发生，其原理是阻尼层的弹性可 W破坏共振机制； 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，W此达到吸收薄 壁件锐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 振效果和频率的调巧化围； 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，运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，运就会使 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，W此来改变减振抑颤 装置的阻尼力。
[000引有益效果： 1.本发明是一种薄壁件锐削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置，本发明主要采用可调 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抑制叶片的颤振。
[0009] 本发明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W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振动。
[0010] 本发明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W可W吻合的贴附于加工叶片上。
[0011] 本发明可依据待加工叶片的大小来布局装置，W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W及效果，抑制叶片颤振的效果非常明显。
[0012] 本发明的阻尼层，为约束阻尼结构，其由Ξ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W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，在锐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W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、抑制颤振的目的，从而提高切削时的稳定性。
[0013] 本发明贴附在型腔外部底侧的阻尼层可W有效地吸收振动能量、破坏共振的发 生，其原理是阻尼层的弹性可W破坏共振机制。
[0014] 本发明的减振抑颤装置能够使待加工的工件颤振得W明显改善，加工质量及加工 精度大幅提局，效果明显。
[0015] 本发明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。
[0016]
【附图说明】： 附图1是本发明的左视图。
[0017] 附图2是本发明的主视图。
[001引附图3是附图1的A-A剖视图。
[0019]附图4是附图帥B-B剖视图。
[0020]附图5是本发明的安装位置图之一。
[0021 ]附图6是本发明的安装位置图之二。
[0022] 附图7是本发明的叶片使用减振抑颤装置前振幅图。
[0023] 附图8是本发明的叶片使用减振抑颤装置后振幅图。
[0024]
【具体实施方式】： 实施例1: 一种薄壁件锐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1，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。
[0025] 实施例2: 根据实施例1所述的薄壁件锐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。
[0026] 实施例3: 根据实施例1或2所述的薄壁件锐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待加工面 (采用球头锐刀加工）。
[0027] 实施例4: 一种利用实施例1-3所述的薄壁件锐削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置的减振方 法，本方法是: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 体和外层的阻尼层发生作用来抑制叶片的颤振、减少切削振动； 所述的薄壁件锐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Ξ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W可W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，在锐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W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W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颤振及减小振动的目的，同时贴附在 型腔外部底侧的阻尼层可W有效地减少振动、破坏共振的发生，其原理是阻尼层的弹性可 W破坏共振机制； 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，W此达到吸收薄 壁件锐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 振效果和频率的调巧化围； 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，运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，运就会使 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，W此来改变减振抑颤 装置的阻尼力。
[002引实施例5: 根据实施例1-4所述的薄壁件锐削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置的安装，所述的 腔体为非金属软质塑料板，选择好可调阻尼抑制叶片颤振的装置后，打开强力吸附双面胶， 先轻轻顺次贴附在被加工叶片的背侧，再用力敲打使其牢固，保证强力吸附双面胶和叶片 之间不留缝隙；机床开启后，球头锐刀加工叶片，可变电流通过型腔内的线圈，与磁流变液 体发生作用，可调阻尼抑制叶片振动的装置即开始抑制叶片的颤振、减少振动，发挥效果， 提高加工质量;使用前要检查减振抑颤装置的规格，根据叶片的厚度W及加工面积，加工条 件W此合理布置可调阻尼减振抑颤装置，为达到更好地抑制颤振和减少振动效果，可W叠 加选择使用装置，布局W分散布局贴附为好； 所述的顶板是硬质塑料板，起到绝缘作用，可W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； 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6畑1、6畑1、6畑1、7畑1，即底面多出1(3111的变形量，加之有一定的厚度变形，实际可控变形量多 于1cm，其本身体积小，所W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； 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，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； 实施例6: 根据实施例1-5所述的薄壁件锐削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置的减振方法，基 于可调阻尼抑制叶片颤振的装置磁流变液体与电流W及磁场产生的作用力计算如下:该减 振抑颤装置长宽为40mm :則4mm，腔体四周的支撑高度分别为6皿、6皿、6皿、7皿，用磁流变液 体大约共计5.8mL，其作用力由内部的电磁线圈产生的磁场与周围磁流变液体发生作用产 生，在0~3 V的电压下，内部线圈可W产生0~1 A的可变电流，此时可变电流在线圈周围产 生变化的磁场，其发生作用后使磁流变液逐步变粘直至固化，从而改变磁流变液的流通，也 就是改变了阻尼力的大小和刚度值。
[0029] 所述的基于可调阻尼抑制叶片颤振的装置为叶片式磁流变液减振抑颤装置，其阻 尼力矩为剪切阻尼力矩。根据磁流变液的本构关系模型可求得上下板之间的剪切阻尼力/ W及剪切阻尼力矩M; 设磁流变液体是不可压缩的，其进入稳态后，系统处于等溫，磁流变液体呈层流状态， 在垂直于磁极的平面上，液体的流线是圆形。选取W磁极圆柱坐标轴的极坐标系，设Z轴与 转动轴线重合。在上述假设条件下，磁流变液体的各速度分量为：
其中，转;康示径向流速，晦表示轴向流速，而麵孩=績5義讀即为磁流变液体环绕 磁极的流速。
[0030] 根据磁流变液体的连续性方程
由于仅剩一个应力分量，剪应力/的下标可略去。剪应力可从磁流变液体产生的反扭 矩得到，扭矩Μ与剪切应力穿的关系为
式中，r为磁极作用范围内的半径，h为磁极的高度。在稳态条件下，实测扭矩是常数，并 且磁流变液体环绕磁极流动产生的反扭矩都相等。由式(3)得到剪应力，也就是由磁流变剪 切引起的阻尼力为
所述的基于可调阻尼抑制叶片颤振的装置，线圈绕制在磁极上，电流通过磁极上的导 线传输。在直流电压下，线圈流过电流，然后在磁极的线圈周围产生磁场，使线圈周围的磁 流变液体慢慢变粘直至固化，从而控制磁流变液的流通，也就是改变了阻尼力的大小和刚 度值。
[0031] 磁流变液体的剪切刚度《:可由式巧)来控制： 爱一狡棄戸趕 （5) 式中，G为磁流变液体的剪切模量，A为单个磁极周围磁流变液体的作用的环形面积，h 为磁极的局度。
[0032] 其中，其磁流变液体的剪切模量可由下式表达：
当选用的磁流变液体材料确定时，为了使其可控刚度有一个较大的变化范围，可从W 下两方面优化结构： 1、磁流变液体的剪切面积:增大磁流变液体的剪切面积有利于扩大磁流变液体的剪切 刚度范围。
[0033] 、磁流变液体的厚度:减小磁流变液体的厚度有利于扩大磁流变液体的剪切刚度 范围。减小磁流变液体的厚度将使颗粒链的长度与颗粒数减少，即η减小，导致磁流变液体 的磁致剪切模量减小。
[0034] 因此，要扩大磁流变液体的剪切刚度变化范围，应综合考虑磁流变液体的剪切面 积和厚度等因素。
[00巧]由可变电流产生的磁场：
式中，炎为线圈扎数，轉为磁场系数，?《为输出控制力变阻尼变刚度加权系数，0 <?Κ 1;穩;。，辕《为磁流变阻尼器最小最大可变阻尼系数;潔^。，鳥《为磁流变液体最小最大可变 刚度系数，Β为电流产生的磁通量，/为阻尼力。
[0036] 减振效果的评定方法采用位移幅值减小的百分比，其计算公式如下：
式中為为无电流输入时上加工叶片的位移幅值，為。、,:《:为实施开关控制后上加工叶片 的位移幅值。
[0037] 阻尼层的吸振方法： 目前阻尼的结构形式主要有两种：自由阻尼结构和约束阻尼结构，自由阻尼结构有基 板和阻尼层构成，基板和阻尼层之间通过胶粘的方式粘在一起:约束阻尼结构有Ξ部分构 成：约束层，阻尼层和基板。阻尼层位于约束层和基板之间，自由阻尼结构主要靠阻尼层的 厚度来实现其减振目的，而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，与自由阻尼结构相比，约束阻尼结构可W耗散更多的振动能量，其减振效果也更好。
[0038] 在本发明中采用约束阻尼结构，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 切削时基板产生的弯曲变形将带动阻尼层拉伸，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 W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、抑 制颤振的目的，从而提高切削时的稳定性； 约束阻尼结构的动力学模型分析，约束阻尼结构的Ξ维模型是长方体形式，长为L，宽 为b，基板厚度为孫，阻尼层厚度为砖，约束层厚度为Wg。在切削加工过程中，约束阻尼结构 和薄壁件可W分别等效为质量和的质量块。
[0039] 设％为研究点处的等效质量；％为减振块的质量;为研究点处的等效弹性系数； 養为阻尼部分的等效刚度系数，??.兰?Η焉^为等效阻尼系数;F为激振力的幅值;錢为激振频 率。
[0040] 为了简化模型和计算，只考虑作用在等效质量雌上的激振力探对每一部 分应用牛顿运动定律，得出W下运动方程：
根据粘弹性力学模型，约束阻尼结构的等效静刚度和阻尼为：
式中：k为等效静刚度;C为等效阻尼。
[0041] 根据振动力学理论可知，约束阻尼结构的阻尼系数C可表示为：
(12) 式中:巧为结构损耗因子。
[0042] 求解方程，可W解得垂直于阻尼结构方向的在激振力作用下的减振位移为：
从上式可W看出影响振动量的因素为刚度k和结构损耗因子C;，由材料力学理论知，约 束阻尼结构的静刚度与材料的弯曲刚度成正比，表示如下：
式中：k为阻尼结构静刚度；为弯曲刚度;E为弹性模量，I为惯性矩，L为阻尼结构 的长度。
[0043] 所W约束阻尼结构的弯曲刚度可表示为： 巧艰：:化(扮Ml汾.;； (15) 式中：强穩，(鱗^，辨^分别为基板，阻尼层和约束层的弯曲刚度。
[0044] 由变形能法和粘弹性力学模型可W得出结构损耗因子如下：
(16) 式中篆为阻尼层的材料损耗因子
^阻尼层的剪切参数，
，综3为阻尼层的剪切模量，馬为约束层的弯曲刚度，鞍基板的弯曲刚 度
为刚度参数：
，S;，S,分别是约束层和基板绕的刚度，可W看 出影响结构损耗因子的主要因素为阻尼结构本身的尺寸和阻尼材料本身的特性。
[0045] 阻尼层材料选择为粘弹性材料，因为此材料既可W消耗能量也可W储存能量，当 产生振动时可W把一部分能量W热能的形式耗散掉也可势能的形式储存起来，所W特 别适合作为约束阻尼结构的阻尼层。在影响结构损耗因子的阻尼参数中，材料损耗因子的 影响最大，故选择损耗因子较大的高阻尼性材料。阻尼层的厚度定为2.2mm，约束层的厚度 为1.3mm，在此情况下选择阻尼层材料为PMMA的有机材料，约束层采用侣材料，结构损耗因 子可W增大一倍，因此选择此材料的约束阻尼结构可W有效减小振动，对加工稳定性有很 大帮助。
[0046] 实施例7: 所述的可调阻尼式减振抑颤装置，使用在如图5的五轴锐削机床加工的薄壁件上，通过 测试振动传感器测试薄壁件在坐标系x、y、z方向的振动幅值，取1-lOs的数据，计算获取每 秒间隔叶片的振动幅值的有效值，列表如下，对比发现，所述的可调阻尼式减振抑颤装置减 振效果保持在75 %左右，效果良好，数据如下表：
基于可调阻尼抑制叶片颤振的装置具有w下优点： 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，W此达到抑制叶片颤振的效果。运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； 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； 3、 装置为了更好地抑制叶片颤振，需要合理的布置在叶片的数量和位置，W此达到抑 制效果的最优效果； 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W吻合的贴附于加工叶 片上； 5、 贴附在型腔内部底侧的阻尼层可W有效地吸收振动的能量、破坏共振机制，从而减 少振动、避免共振现象的发生； 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。运是磁流变液最吸 引人的特征，而且运种过程快速可逆，所需电能很小，非常适用于实时控制； 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； 8、 该阻尼器特有的可控性，能实现迅速的无级阻尼力调节； 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 待加工面(采用球头铣刀加工）。4. 一种利用权利要求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的减振 方法，其特征是:该方法包括如下步骤： 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、减少切削振动； 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； 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颤振及减小振动的目的，同时贴附在 型腔外部底侧的阻尼层可以有效地减少振动、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； 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； 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。
【文档编号】B23Q11/00GK105935795SQ201610415471
【公开日】2016年9月14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