本发明属于车削加工刀具抑振，具体涉及一种用于增强大悬伸车刀动态特性与稳定域的装置及方法。
背景技术：
1、大长径比车刀广泛应用于泵壳、发动机缸体以及涡轮叶片等零部件的深腔与深孔特征加工。在上述工况中，由于仅夹持刀具尾端，导致车刀悬伸长度极大，严重恶化了刀尖处的刚度与阻尼特性，极易诱发车削颤振。此外，待切削的高性能零部件通常由高温合金、纯铁以及高强钢等难加工材料制成，刀具-工件切触区的力-热响应更强，这加剧了大悬伸车刀的切削振动问题。
2、当前，主动抑振、被动抑振和切削参数调整是解决刀具振动问题的三种主要途径。其中，切削参数调整的成本最低，但可调范围受限于材料切削特性，难以有效抑制难加工材料切削中的刀具振动。主动抑振技术虽然适用性最强，但是需要昂贵且复杂的感知器、控制器和执行器，这制约了该技术的工业化应用与推广。相比之下，被动抑振技术所需的制造成本更低，且不需要额外的能源或维护，是实际生产中解决难加工材料切削刀具振动的首选方案。发明专利cn106994519b中公开了“一种粘弹性约束阻尼结构减振车刀杆”，通过在刀杆外部顺次粘结阻尼材料与金属材料提升了刀具的阻尼性能，降低了切削表面粗糙度。发明专利cn108356301a中公开了“一种散射型周期结构阻尼减振车刀杆”，所述刀杆基体的周期分布多排多列阻尼散射体，利用周期结构的禁带效应衰减产生的弹性波，最终实现切削振动能量的快速耗散。发明专利cn113857511b中公开了“一种可调谐阻尼减振刀杆”，将内置动力吸振单元设计为悬臂梁结构，最大程度地提升了刀具的减振效果。
3、现有的被动抑振技术方案通过改造刀具结构提升大悬伸车刀的动态特性，最终达到刀具减振的目的，但无法实现刀具动态特性的大范围连续调整，因此难以适应变化的切削工况，甚至在某些切削条件下还会恶化刀具振动。此外，完成高性能零部件的加工通常需要5-20把切削刀具，倘若改造所有涉及的大悬伸车刀，又会增加生产成本，延长刀具制造周期。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于增强大悬伸车刀动态特性与稳定域的夹持装置及方法，以解决现有的被动抑振刀具通用性差且难以适应多切削工况的问题。
2、本发明的技术方案：
3、一种用于增强大悬伸车刀动态特性与稳定域的装置，包括连接板、刀座、阻尼管、调频器与锁紧机构五部分；
4、所述连接板顶面设有安装孔、第二螺纹孔和矩形凹槽，侧面设有第一螺纹孔。
5、所述刀座内部设有圆形通孔，通孔内壁周向均布内矩形切口槽，底面设有弧形槽，左、右侧面及顶面各设有一组滑槽，每组滑槽均包含一个位于面对称线位置的矩形通槽和两个分列左右位置的t型槽。
6、所述阻尼管周向均布外矩形切口槽，每两个外矩形切口槽间设置一个矩形通槽，阻尼管的前端管壁内设置环状凹槽。
7、所述调频器由聚氨酯橡胶管和硬质合金管组成，利用过盈配合的方式将聚氨酯橡胶管嵌套在硬质合金管内。
8、所述锁紧机构由一个上滑块、两个t型螺母、两个沉头螺栓和一个刀架螺栓组成，上滑块两端设有与沉头螺栓相配合的安装孔，中部设有与刀架螺栓配合的螺纹孔。
9、当所用内圆刀具的抗振性能无法满足切削工况要求时，首先根据各子结构间的配合关系组装可调夹持装置。螺栓穿过连接板上的安装孔并与车床溜板上的螺纹孔配合，将连接板固定在车床溜板上。将下楔形块和上楔形块顺次置于连接板的矩形凹槽内，光学螺栓穿过第二螺纹孔并与下楔形块的侧面接触。刀座安置在连接板上表面，安装螺钉穿过弧形槽并与第一螺纹孔配合，将刀座固定在连接板上。采用过盈配合的方式将调频器安装在阻尼管的环形凹槽内，并将阻尼管套在车刀尾部。随后采用相同的配合方式将阻尼管插入刀座的圆形通孔内，此时阻尼管外壁与圆形通孔内壁接触。调整两者间的相对转角，确保阻尼管的外矩形切口槽和刀座的内矩形切口槽位置相对，进而形成矩形通孔。将锁紧机构的两个t型螺母分别安装在刀座顶面两侧的t型槽内，两个沉头螺栓穿过上滑块两端的安装孔分别与两侧的t型螺母配合，将上滑块固定在刀座的滑槽上。刀架螺栓与上滑块的螺纹孔配合，螺栓尾部穿过刀座的矩形通槽与阻尼管的矩形通槽，最终与刀具尾部接触，采用数显扭矩扳手对刀架螺栓施加预定扭矩。同样地，在刀座两侧的滑槽内分别安装锁紧机构，三个锁紧机构为一组，每组锁紧机构上的刀架螺栓所受的扭矩相同，并且三个刀架螺栓的轴线位于同一平面内。
10、完成可调夹持装置的组装后，首先减小连接板与刀座间安装螺栓的预紧力，使刀座可以在连接板上自由移动。随后调整刀座与连接板间的相对转角，完成车刀切削主偏角设定。通过旋拧光学螺栓推动下楔形块在矩形凹槽内水平移动，利用上楔形块与下楔形块间的配合关系将刀座顶起，直至内圆车刀达到最佳中心高。待上述调节完成后，增大安装螺栓的预紧力，将刀座重新固定在连接板上。
11、充分发挥所设计的夹持装置结构可调的特点，结合上述装置提出了一种大悬伸车刀夹持方案调整方法，具体步骤如下：
12、步骤一、获取所用大悬伸内圆车刀的刀尖动力学参数，其主模态频率表示为f1b，判断选定切削条件下的刀具状态，倘若状态为稳定，即依照给定的切削参数完成后续加工；倘若状态为临界稳定或颤振，执行步骤二；
13、步骤二、将内圆车刀安装在组装好的夹持装置内，完成车刀切削主偏角与中心高的调整，随后采用逆解法辨识内圆车刀的基础约束边界，对应的拉伸刚度与扭转刚度分别表示为kb与在此基础上采用相同的辨识方法获取刀架螺栓施加的扭矩相关约束边界，根据刀架螺栓是否直接作用在内圆车刀上，对应的拉伸刚度分别表示为k1和k1，对应扭转刚度分别表示为和
14、步骤三、采用移频策略增大所用切削参数对应的稳定域，根据增强后的刀具稳定域结果，确定使用夹持装置后的刀具主模态频率为f1a；
15、步骤四、优选内圆车刀的装夹方案，通过设计所用刀架螺栓的数量、位置、扭矩以及调频器的几何尺寸，将内圆刀具的主模态频率从f1b移动至f1a；
16、步骤五、根据选定的装夹方案调整夹持装置，待内圆车刀对刀操作完成后，依照预先选定的切削参数完成后续加工。
17、本发明的有益效果：
18、本发明面向大悬伸车刀的难加工材料切削过程，设计了用于增强刀具动态特性与稳定域的可调夹持装置，并据此提出了一种装夹方案适应性调整方法。所设计的夹持装置具有刀架螺栓数量、位置、扭矩以及调频器尺寸等多种调整模式，可以实现刀具动态特性的大范围连续调整，确保其始终最优匹配于选定的切削工况，最大程度提升了刀具稳定域，改善了切削表面质量。此外，该装置适用于不同尺寸型号的大悬伸内圆车刀，无需一一改造刀具结构即可满足不同车刀的差异化抑振需求，有效控制了生产成本。
1.一种用于增强大悬伸车刀动态特性与稳定域的装置，其特征在于，该装置包括连接板(7)、刀座(5)、阻尼管(3)、调频器(2)与锁紧机构(4)五部分；
2.根据权利要求1所述用于增强大悬伸车刀动态特性与稳定域的装置，其特征在于，所述阻尼管(3)的材料为聚氨酯橡胶。
3.根据权利要求1所述用于增强大悬伸车刀动态特性与稳定域的装置，其特征在于，所述阻尼管(3)中环形凹槽(33)的内径与调频器(2)中硬质合金管(22)的外径相同。
4.根据权利要求1所述用于增强大悬伸车刀动态特性与稳定域的装置，其特征在于，所述调频器(2)中硬质合金管(22)的长度与聚氨酯橡胶管(21)的长度相同。
5.根据权利要求1所述用于增强大悬伸车刀动态特性与稳定域的装置，其特征在于，所述阻尼管(3)中矩形通槽(32)的宽度与刀座(5)中矩形通槽(54)的宽度相同。
6.根据权利要求1所述用于增强大悬伸车刀动态特性与稳定域的装置，其特征在于，所述上楔形块(8)、下楔形块(9)以及矩形凹槽(74)三者的宽度相同。
7.一种用于可调夹持装置的适应性调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述用于可调夹持装置的适应性调整方法，其特征在于，调频器(2)可调整的几何尺寸为硬质合金管(22)的内径、外径和长度。