阅读说明：本技术 刚度与阻尼可调式减振镗杆及控制方法 (Rigidity and damping adjustable vibration attenuation boring bar and control method ) 是由 刘强 周强 马晶 韩伟 李定坤 范吉庆 于 2021-11-04 设计创作，主要内容包括：刚度与阻尼可调式减振镗杆及控制方法,属于金属切削加工技术领域,本发明为解决镗杆振动控制的问题。本发明减振镗杆包括镗杆、刀头连接件、悬臂梁、质量块、铁块和电磁铁,镗杆设置有前端开口空腔,该空腔的前端开口处设置有刀头连接件,悬臂梁的固定端设置于刀头连接件内壁中心点,质量块为具有中心通孔的圆柱形,质量块左端套设在悬臂梁的悬空端,并可沿悬臂梁轴向移动,质量块右端面设置铁块,电磁铁与铁块同轴相对设置,且二者之间存在轴向间隙,电磁铁通电后与铁块之间产生吸力,进而实现阻尼减振,通过控制电磁铁两端电压值来调节阻尼大小。(The invention discloses a rigidity and damping adjustable vibration attenuation boring bar and a control method, belongs to the technical field of metal cutting machining, and aims to solve the problem of vibration control of the boring bar. The vibration-damping boring bar comprises a boring bar body, a tool bit connecting piece, a cantilever beam, a mass block, an iron block and an electromagnet, wherein the boring bar body is provided with a cavity with an opening at the front end, the tool bit connecting piece is arranged at the opening at the front end of the cavity, the fixed end of the cantilever beam is arranged at the central point of the inner wall of the tool bit connecting piece, the mass block is cylindrical with a central through hole, the left end of the mass block is sleeved at the suspended end of the cantilever beam and can move axially along the cantilever beam, the iron block is arranged on the right end face of the mass block, the electromagnet and the iron block are coaxially and oppositely arranged, an axial gap exists between the electromagnet and the iron block, and suction force is generated between the electromagnet and the iron block after the electromagnet is electrified so as to realize damping vibration damping, and the damping size is adjusted by controlling the voltage values at the two ends of the electromagnet.)

刚度与阻尼可调式减振镗杆及控制方法

技术领域

本发明涉及镗杆减振技术，属于金属切削加工技术领域。

背景技术

在金属切削加工中，内孔加工约占加工总量的33％。20世纪以前，超深孔加工技术多应用于保密的军工领域，且因加工难度大，加工成本高而闻名于整个制造业。进入21世纪后，随着科学技术的飞速发展，超深孔类零件在军用、民用领域得到了广泛的应用，其中多涉及关系国防与民生的军工、航空航天、能源装备等重大领域。

镗杆广泛应用于深孔加工。然而，由于镗杆悬臂梁结构的刚度较低，当镗杆长径比较大时，经常会发生振动。且在镗削加工过程中，由于镗杆需要伸入到工件内部进行加工，工作条件封闭无法直接观测到镗杆实时的加工状态，镗杆和工件的接触在振动、切削热和切削力的作用下较为复杂，而镗杆的加工状态较差时，会对工件的表面质量造成损害，对工件的尺寸精度以及镗床的加工效率产生一定的影响。

发明内容

本发明目的是为了解决镗杆振动控制的问题，提出了一种刚度与阻尼可调式减振镗杆及控制方法。

本发明所述刚度与阻尼可调式减振镗杆，包括镗杆6、刀头连接件2、悬臂梁3、质量块4、铁块5和电磁铁7，

镗杆6设置有前端开口空腔，该空腔的前端开口处设置有刀头连接件2，悬臂梁3的固定端设置于刀头连接件2内壁中心点，质量块4为具有中心通孔的圆柱形，质量块4左端套设在悬臂梁3的悬空端，并可沿悬臂梁3轴向移动，质量块4右端面设置铁块5，

电磁铁7与铁块5同轴相对设置，且二者之间存在轴向间隙，电磁铁7通电后与铁块5之间产生吸力，进而实现阻尼减振，通过控制电磁铁7两端电压值来调节阻尼大小。

优选地，还包括质量块锁定单元12，所述质量块锁定单元12为压电伸缩结构，质量块锁定单元12包括周向均布的四组单元，每个单元包括安装座、压电晶体和弧形压头，安装座固定在质量块4的左端面上，压电晶体固定于安装座上，压电晶体的端部设置有弧形压头，压电晶体通电或断电引起伸缩变化，进而带动弧形压头顶压或离开悬臂梁3，实现抱紧或松开悬臂梁3操作。

优选地，还包括伸缩杆8、滑块9、丝杆10和步进电机11，

镗杆6尾端内部设置有尾端空腔，尾端空腔和前端开口空腔之间的镗杆设有连通孔，伸缩杆8插入该连通孔且两端从孔中伸出，伸缩杆8的首端与电磁铁7螺纹连接，伸缩杆8的尾端与滑块9的首端连接，滑块9的尾端套设在丝杆10上，步进电机11设置在镗杆6的尾端，步进电机11通过丝杆10驱动滑块9在尾端空腔内左右移动。

优选地，伸缩杆8具有轴向走线腔、两端具有进线通孔，尾端空腔的侧壁具有出线孔；

电磁铁7的电线和质量块锁定单元12的电线通过伸缩杆8首端的进线通孔、轴向走线腔、尾端的进线通孔进入尾端空腔，再从尾端空腔的出线孔引至镗杆外部。

优选地，电磁铁7与铁块5的轴向间隙选取为1mm。

本发明还提供另一个技术方案：一种镗杆刚度调节控制方法，该方法为：

S1、质量块锁定单元12松开悬臂梁3，电磁铁7断电；

S2、步进电机11工作，推动滑块9向左移，通过伸缩杆8带动电磁铁7向左移；

S3、在电磁铁7与铁块5相碰顶压后进一步向左移，直至质量块4移至不能再移动为止；

S4、电磁铁7通电，吸附铁块5带动质量块4向右移动，直至预定位置，所述预定位置为与预定刚度匹配的位置；

S5、步进电机11停止工作，令质量块锁定单元12抱紧悬臂梁3，实现位置锁定；

S6、步进电机11重启工作，电磁铁7继续向右移动，直至与铁块5之间的距离为预定轴向工作间隙为止。

本发明的有益效果：本发明提供的镗杆可以调节刚度以满足不同工况要求。镗杆还具有减振功能，利用磁阻尼实现，本发明所述镗杆的功能调节部分均设计在镗杆内部，在不影响镗杆在深孔中加工作业的情况下强化了自身功能，有效的减缓了镗杆的振动，提高了切削效率。

附图说明

图1是本发明所述刚度与阻尼可调式减振镗杆的结构示意图；

图2是图1中镗杆首端局部放大图；

图3是图1中镗杆尾端局部放大图；

图4是图1的A-A剖视图；

图5是图1的B-B剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1～5说明本实施方式，本实施方式所述刚度与阻尼可调式减振镗杆，包括镗杆6、刀头连接件2、悬臂梁3、质量块4、铁块5和电磁铁7，

镗杆6设置有前端开口空腔，该空腔的前端开口处设置有刀头连接件2，刀头连接件2用于安装刀头1，悬臂梁3的固定端设置于刀头连接件2内壁中心点，质量块4为具有中心通孔的圆柱形，质量块4左端套设在悬臂梁3的悬空端，并可沿悬臂梁3轴向移动，质量块4右端面设置铁块5，

电磁铁7与铁块5同轴相对设置，且二者之间存在轴向间隙，电磁铁7通电后与铁块5之间产生吸力，进而实现阻尼减振，通过控制电磁铁7两端电压值来调节阻尼大小。

质量块4左端开口，右端封闭，并套在悬臂梁3上，沿左右滑动来调节在悬臂梁3上的位置，当确定位置后，需要锁定，锁定位置采用质量块锁定单元12来实现，所述质量块锁定单元12为压电伸缩结构，质量块锁定单元12包括周向均布的四组单元，每个单元包括安装座、压电晶体和弧形压头，安装座固定在质量块4的左端面上，压电晶体固定于安装座上，压电晶体的端部设置有弧形压头，压电晶体通电或断电引起伸缩变化，进而带动弧形压头顶压或离开悬臂梁3，实现抱紧或松开悬臂梁3操作。需要锁定时，令四组单元的压电晶体通电，压电晶体伸长，直至四个弧形压头同步顶压在悬臂梁3上为止，实现抱紧操作，则质量块4与悬臂梁3相对位置被锁定。同理，需要再移动质量块4时，断电，压电晶体缩回，四个弧形压头离开悬臂梁3，实现松开操作。

质量块4沿悬臂梁3左右移动位置是为了改变镗杆的刚度，向左移则刚度变大，向右移则刚度变小，根据实际需求刚度可计算出质量块4在悬臂梁3上的位置，进而移动质量块4到设定位置即可实现刚度的调节。

为了实现质量块移动，本实施方式有镗杆内部设置了用于移动的设备：包括伸缩杆8、滑块9、丝杆10和步进电机11，

镗杆6尾端内部设置有尾端空腔，尾端空腔和前端开口空腔之间的镗杆设有连通孔，伸缩杆8插入该连通孔且两端从孔中伸出，伸缩杆8的首端与电磁铁7螺纹连接，伸缩杆8的尾端与滑块9的首端连接，滑块9的尾端套设在丝杆10上，步进电机11设置在镗杆6的尾端，步进电机11通过丝杆10驱动滑块9在尾端空腔内左右移动。步进电机11通过正转、反转的切换来实现丝杆10向左或向右的移动，进而带动伸缩杆8向左或向右的移动，伸缩杆8带动电磁铁7向左或向右的移动。

伸缩杆8具有轴向走线腔、两端具有进线通孔，尾端空腔的侧壁具有出线孔；

电磁铁7的电线和质量块锁定单元12的电线通过伸缩杆8首端的进线通孔、轴向走线腔、尾端的进线通孔进入尾端空腔，再从尾端空腔的出线孔引至镗杆外部。到外部与控制单元及电源连接。

电磁铁7与铁块5的轴向工作间隙选取为1mm。电磁铁7未通电时，与铁块5之间不存在吸力，电磁铁7通电时，与铁块5之间存在吸力。在切削加工时，若切削力传递至镗杆内部的悬臂梁3，则通过电磁阻尼的方式将该振动化解。

镗杆变阻尼的控制流程：

控制电磁铁7输入电压的大小来调节磁力的大小，改变阻尼的大小。当电磁铁7输入电压一定时，通过步进电机11的正反转，可改变电磁铁7和铁块5之间的距离，经实验二者的轴向工作间隙1mm即可。

具体实施方式二：下面结合图1～4说明本实施方式，本实施方式一种镗杆刚度调节控制方法，该方法基于实施方式一所述刚度与阻尼可调式减振镗杆实现，该方法为：

S1、质量块锁定单元12松开悬臂梁3，电磁铁7断电；

S2、步进电机11工作，推动滑块9向左移，通过伸缩杆8带动电磁铁7向左移；

S3、在电磁铁7与铁块5相碰顶压后进一步向左移，直至质量块4移至不能再移动为止；

S4、电磁铁7通电，吸附铁块5带动质量块4向右移动，直至预定位置，所述预定位置为与预定刚度匹配的位置；

S5、步进电机11停止工作，令质量块锁定单元12抱紧悬臂梁3，实现位置锁定；

S6、步进电机11重启工作，电磁铁7继续向右移动，直至与铁块5之间的距离为预定轴向工作间隙为止。