CN109465506A - 一种车削大螺距螺纹减振刀杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车削大螺距螺纹减振刀杆，属于机械加工领域，包括刀杆轴、刀杆轴套、激励线圈、上永磁体、下永磁体、压电陶瓷片、端盖以及磁流变液等部分，其中激励线圈缠绕在刀杆轴上，其线圈引线与压电陶瓷片相连接，磁流变液注入在上永磁体和下永磁体形成的环形空腔内，压电陶瓷片设置在上永磁体和刀杆轴套形成的环形空腔内。该减振刀杆能够抑制车削大螺距螺纹时颤振的发生，由于切削振动使得压电陶瓷片产生不断变化的电流通过线圈引线传递给激励线圈，所以激励线圈会产生不断变化的磁场，从而迅速改变磁流变液的刚度和阻尼，以达到减小振动的功能，提高被加工件表面质量。

Description

一种车削大螺距螺纹减振刀杆

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体而言，涉及一种车削大螺距螺纹减振刀杆。

背景技术

在金属切削加工过程中常常会伴随着切削颤振的发生，而切削颤振会严重影响工件的表面形貌以及切削加工精度。尤其是在车削大螺距螺纹过程中，由于高进给切削所产生的切削力较大，因而切削颤振也较大，严重影响大螺距螺纹件的表面质量。针对这种振动产生的危害，国内外学者对振动产生机理以及振动抑制做了大量的研究。振动抑制方法主要分为三大类，主动控制、被动控制以及半主动控制。其中主动控制抑制振动对检测精度和控制系统的要求都比较高，而且往往需要外加电源、传感器和执行器等部件，结构复杂；被动控制的装置结构简单，可靠性较好，但是无法根据工况自动调节刚度阻尼，针对性较差；半主动控制结合了主动控制和被动控制的优点，尤其是磁流变液、压电陶瓷片以及形状记忆金属材料的应用，使得切削振动抑制取得了更好的效果。本发明利用磁流变液以及压电陶瓷片相结合的方法设计一种车削大螺距螺纹减振刀杆以降低车削过程中所产生的切削颤振，提高被加工件表面质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减振刀杆，以改善传统切削加工过程中的切削颤振严重影响加工件的表面质量以及加工精度的问题。

为了解决以上问题，本发明采用以下技术方案，一种车削大螺距螺纹减振刀杆，包括刀杆轴、密封圈、螺栓、端盖、线圈导线、圆柱螺纹堵头、密封橡胶垫圈、刀杆轴套、激励线圈、磁流变液、上（下）永磁体、通孔以及压电陶瓷片，其中所述的刀杆轴套设在所述的刀杆轴外，二者与所述的端盖之间形成密闭的环形空腔。

所述的激励线圈位于所述的环形空腔内，且缠绕在所述的刀杆轴上，其设置的作用是为了当刀具振动时由线圈导线输送的电流经过激励线圈，使其产生所需磁场。

所述的下永磁体设在所述的环形空腔内部，激励线圈的外侧一层，所述的上永磁体设置在环形空腔内部，磁流变液的外侧一层，二者设置的作用均是为了增强所述激励线圈产生的磁场强度。

所述的磁流变液通过所述的端盖上设置的通孔中注入环形空腔内部，位于所述下永磁体外侧一层，并用所述的圆柱螺纹堵头和密封橡胶垫圈将通孔进行密封，所述磁流变液设置的作用是通过所述线圈导线输送的电流加载在所述激励线圈中，使得所述激励线圈产生磁场，改变所述磁流变液的阻尼和刚度，达到减振的目的。

所述的压电陶瓷片设置在环形空腔内部，位于所述上永磁体外侧一层，其设置的作用是在金属切削过程中，产生的切削振动使得所述压电陶瓷片在机械外力的作用下导致其内部正负电荷中心发生相对位移从而引起极化，导致电解质两端表面内出现符号相反的束缚电荷因此获得在振动下的电流，通过所述线圈导线传递给所述激励线圈，为金属切削减振提供磁场条件。

所述的线圈导线连接所述的压电陶瓷片和激励线圈，其作用是传递由所述的压电陶瓷片由于振动产生的电流到所述的激励线圈。

在本发明中，所述的刀杆轴套与刀杆轴通过所述的螺栓连接，所述的刀杆轴套与所述的端盖也通过所述的螺栓连接。

在本发明中，所述的刀杆轴的圆壁上设有线圈导线孔，将所述的线圈导线设于所述的线圈导线孔中，用以连接所述的激励线圈以及所述的压电陶瓷片。

本发明中所述的端盖与所述刀杆轴套采用间隙配合，所述的刀杆轴套与所述的刀杆轴圆壁处也采用间隙配合，由于环形空腔内存在一定的压强，磁流变液会在装配体的轴向间隙与径向间隙处泄露，因此需要考虑对整体装置的密封设计，所以需要设置密封圈，所述的端盖径向与轴向处以及刀杆轴轴向开槽，将所述的密封圈分别装入其中，并且保证槽深要分别小于密封圈的直径，密封圈的一部分要超出槽口，通过此装配方式使得两个零件在装配时产生挤压效果以达到密封的目的。

综上所述，本发明提供了一种减振刀杆，其结构简单，便于制造加工和安装，同时该减振刀杆能够抑制车削大螺距螺纹时发生的切削颤振问题。

当车削大螺距螺纹发生切削颤振时，产生的切削振动使得所述的压电陶瓷片在机械外力的作用下导致其内部正负电荷中心发生相对位移从而引起极化，导致电解质两端表面内出现符号相反的束缚电荷因此获得在振动下的电流，通过所述的线圈导线传递给所述的激励线圈，从而产生磁场，在所述的上下永磁体的作用下增强所产生的磁场使得所述的磁流变液中的颗粒会聚集成链，所述的磁流变液会有液体变成类固体，并具有一定的剪切屈服强度；当振动减小或消失时，所述的压电陶瓷片所产生的电流也会减小或消失，所述的磁流变液中的固体又会迅速转变成为液体，这个过程是毫秒级别的，因此可以快速的根据所产生的切削颤振的大小改变所述的磁流变液的刚度和阻尼，以达到减小切削振动的功能。

本发明的优点是该减振刀杆中的磁流变液的刚度与阻尼可以根据切削过程中所产生的振动大小进行控制与调整，变化过程是毫秒级别的迅速快捷，改善了以往主动减振对检测精度和控制系统的要求都比较高的缺点以及被动减振无法根据工况自动调节刚度阻尼针对性差的缺点，该发明在抑制车削大螺距螺纹所产生的切削颤振方面可以起到较好的效果。

附图说明

为了更清晰地说明本发明的技术方案，下面对本发明中所需要使用的附图作简单的介绍。

图1是一种车削大螺距螺纹减振刀杆结构图。

图2是端盖中圆柱螺纹堵头部分结构图。

其具体标号如下：

1为刀杆轴，2为线圈导线，3为螺栓，4为激励线圈，5为下永磁体，6为圆柱螺纹堵头，7为磁流变液，8为上永磁体，9为刀杆轴套，10为端盖，11为密封橡胶垫圈，12、13、14都为密封圈，15为压电陶瓷片，16为通孔。

具体实施方案

在切削加工过程中常常会伴随着切削颤振的发生，而切削颤振会严重影响工件的表面形貌以及切削加工精度。尤其是在车削大螺距螺纹过程中，由于其为高进给切削所产生的切削力较大，因而切削颤振也较大，严重影响大螺距螺纹件的表面质量。针对这种振动产生的危害，国内外学者对振动产生机理以及振动抑制做了大量的研究。振动抑制方法主要分为三大类，主动控制、被动控制以及半主动控制。其中主动控制抑制振动对检测精度和控制系统的要求都比较高，而且往往需要外加电源、传感器和执行器等部件，结构复杂；被动控制的装置结构简单，可靠性较好，但是无法根据工况自动调节刚度阻尼，针对性较差；半主动控制结合了主动控制和被动控制的优点，尤其是磁流变液、压电陶瓷片以及形状记忆金属材料的应用，使得切削振动抑制取得了更好的效果。

本发明是利用磁流变液以及压电陶瓷片相结合的方法设计一种车削大螺距螺纹减振刀杆以降低切削过程中所产生的切削颤振。

为了使本发明的设计目的、技术方案和优点更加清晰明了，下面将结合本发明的附图说明对本发明进行更加清晰、完整的描述。

在本发明的叙述中，需要说明的是，文中的术语“内”、“外”等指示方位名词或位置关系为基于附图说明所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于对本专利进行简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中的描述中，还需要说明的是文中术语设置、安装、连接应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据情况理解上述术语在本发明中的具体意义。

一种车削大螺距螺纹减振刀杆，包括刀杆轴1、密封圈（12、13、14）、螺栓3、端盖10、线圈导线2、圆柱螺纹堵头6、密封橡胶垫圈11、刀杆轴套9、激励线圈4、磁流变液7、上永磁体8、下永磁体5、通孔16以及压电陶瓷片15，其中所述的刀杆轴套9设在所述的刀杆轴1外，二者与所述端盖10之间形成密闭的环形空腔。

所述的激励线圈4位于所述的环形空腔内，且缠绕在所述的刀杆轴1上，其设置的作用是为了当刀具振动时由线圈导线2输送的电流经过激励线圈4，使其产生所需磁场。

所述的下永磁体5设置在所述的环形空腔内部，位于所述激励线圈4的外侧一层，所述的上永磁体8设置在环形空腔内部，所述的磁流变液7外侧一层，二者设置的作用均是为了增强所述激励线圈4产生的磁场。

所述的磁流变液7通过所述端盖10上设置的通孔16中注入环形空腔内部，位于所述下永磁体5外侧一层，并用所述的圆柱螺纹堵头6和密封橡胶垫圈11将所述的通孔16进行密封，所述磁流变液7设置的作用是通过所述的线圈导线2输送的电流加载在所述的激励线圈4中，产生相应的磁场会改变所述的磁流变液7的阻尼和刚度，达到切削减振的目的。

所述的压电陶瓷片15设置在环形空腔内部，所述的上永磁体8外侧一层，其设置的作用是在金属切削过程中，产生的切削振动使得所述的压电陶瓷片15在机械外力的作用下导致其内部正负电荷中心发生相对位移从而引起极化，导致电解质两端表面内出现符号相反的束缚电荷因此获得在振动下的电流，通过所述的线圈导线2传递给所述的激励线圈4，从而产生所需的磁场，为金属切削减振提供磁场条件。

所述的线圈导线2连接所述的压电陶瓷片15和激励线圈4，其作用是传递由所述的压电陶瓷片15由于振动产生的电流到激励线圈4。

在本发明中，所述的刀杆轴套9与刀杆轴1通过所述的螺栓3连接，所述的刀杆轴套9与所述的端盖10也通过所述的螺栓3连接。

在本发明中，所述的刀杆轴1的圆壁上设有线圈导线孔，将所述的线圈导线2设于线圈导线孔中，用以连接所述的激励线圈4以及所述的压电陶瓷片15。

本发明中所述的端盖10与所述刀杆轴套9采用间隙配合，所述的刀杆轴套9与所述的刀杆轴1圆壁处也采用间隙配合，由于环形空腔内存在一定的压强，所述的磁流变液7会在装配体的轴向间隙与径向间隙处泄漏，因此需要考虑对整体装置的密封设计，所以需要设置密封圈12、13、14，所述的端盖10径向与轴向处以及刀杆轴1轴向开槽，将所述的密封圈12、13、14分别装入其中，并且保证槽深要分别小于密封圈12、13、14的直径，密封圈12、13、14的一部分要超出槽口，通过此装配方式使得两个零件在装配时产生挤压效果以达到密封的目的。

综上所述，本发明提供了一种减振刀杆，其结构简单，便于制造加工和安装，同时该减振刀杆能够抑制车削大螺距螺纹时发生的切削颤振问题。

当车削大螺距螺纹发生切削颤振时，产生的切削振动使得所述的压电陶瓷片15在机械外力的作用下导致其内部正负电荷中心发生相对位移从而引起极化，导致电解质两端表面内出现符号相反的束缚电荷因此获得在振动下的电流，通过所述的线圈导线2传递给所述的激励线圈4，产生所需要的磁场，在所述的上下永磁体8、5的作用下增强所产生的磁场使得所述的磁流变液7中的颗粒聚集成链，所述的磁流变液7会有液体变成类固体，并具有一定的剪切屈服强度；当振动减小或消失时，所述的压电陶瓷片15所产生的电流也会减小或消失，所述的磁流变液7中的固体又会迅速转变成为液体，这个过程是毫秒级别的，因此可以快速的根据所产生的切削振动改变所述的磁流变液7的刚度和阻尼，以达到减小切削颤振的功能。以上所述仅为本发明的较佳实施例，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种车削大螺距螺纹减振刀杆，其特征在于，包括刀杆轴、端盖、刀杆轴套、激励线圈、磁流变液、上（下）永磁体以及压电陶瓷片，所述的激励线圈套设在所述刀杆轴外，其位于所述的刀杆轴与所述的刀杆轴套形成的环形空间内，并通过所述线圈导线与所述压电陶瓷片相连接，所述的刀杆轴与所述的刀杆轴套以及所述的端盖三者依次相连接形成密闭的环形空间。

2.一种车削大螺距螺纹减振刀杆，其特征在于，所述的下永磁体设在所述的环形空腔内部，所述的激励线圈的外侧一层，所述的上永磁体设置在环形空腔内部，所述的磁流变液的外侧一层，二者设置的作用均是为了增强所述激励线圈产生的磁场。

3.一种车削大螺距螺纹减振刀杆，其特征在于，所述的通孔设置于所述的端盖上，用于注入所述的磁流变液，并通过所述的圆柱螺纹堵头和所述的密封橡胶垫圈将所述的通孔进行密封。

4.一种车削大螺距螺纹减振刀杆，其特征在于，所述的端盖与所述刀杆轴套采用间隙配合，所述的刀杆轴套与所述的刀杆轴圆壁处也采用间隙配合。

5.一种车削大螺距螺纹减振刀杆，其特征在于，金属切削产生的切削振动使得所述的压电陶瓷片产生振动下的电流，通过所述的线圈导线传递给所述的激励线圈，产生所需要的磁场，在所述的上下永磁体的作用下增强磁场的强度使得所述的磁流变液内部结构发生变化，可以快速的根据所产生的切削振动改变所述的磁流变液的刚度和阻尼，以达到减小切削振动的功能。