【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械加工领域，涉及一种减振镗杆，尤其涉及一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆。
技术介绍
1、镗削加工是机械制造行业中一种重要的零件加工方法，广泛应用于航空航天、精密机械、仪器仪表和汽车制造等领域。零件的精度直接影响其使用性能和寿命。然而，在镗削加工过程中，由于工件的反作用力或者其他某些因素，镗杆会产生颤振，严重影响切削过程的稳定性，刀杆和工件之间的相对振动会在工件加工表面留下振痕，降低工件的加工精度，缩短刀杆的使用寿命，甚至导致无法进行切削加工。
2、孔加工是机械加工领域的重要组成部分，而镗杆广泛应用于深孔加工，由于深孔零件的特殊结构，加工时一般需要大长径比的镗杆，而大长径比镗杆的刚性较弱，更容易发生振动。当外载荷与镗杆振动频率相同时，会使振动加剧，甚至产生颤振。而镗削加工多为精加工或半精加工，振动会使得工件加工质量降低，加剧刀具磨损，造成损失，影响效率。
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述技术问题，提供一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，通过刚度调节单元和阻尼调节单元的调节实现质量块以及镗杆振动频率的改变，使得质量块的振动频率与镗杆的振动频率接近，进而使得镗杆达到最优的减振效果，提高了工件的加工质量和镗杆的使用寿命。
2、本专利技术为解决上述技术问题采用的技术方案是：
3、一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，它包括刀头、刀头连接件、镗杆、悬臂梁、质量块、两个刚度调节单元、若干个阻尼调节单元、安装套筒、轴向定位筒一、两个轴向定位筒二、
4、所述的刀头安装在刀头连接件上，所述镗杆的前端端部沿其中轴线方向开有一个开口空腔，刀头连接件安装在镗杆的开口端，并将开口空腔密封，形成一个安装腔；所述的安装套筒插装在安装腔内；两个所述的刚度调节单元和轴向定位筒一插装在安装套筒内，两个刚度调节单元处于安装套筒两端的端口处，轴向定位筒一处于两个刚度调节单元之间，并用于两个刚度调节单元的轴向定位；所述的质量块套装在悬臂梁上，并轴向安装在轴向定位筒一内，悬臂梁的两端分别安装在两个刚度调节单元上，并通过刚度调节单元实现振动频率的改变；质量块的外圆周壁与轴向定位筒一的内环壁之间留有环形空间，若干个所述的阻尼调节单元周向设置在质量块与轴向定位筒一所形成的环形空间内，每个阻尼调节单元的一端固定连接在轴向定位筒一上，阻尼调节单元的另一端与质量块之间留有活动间隙，质量块在阻尼调节单元的阻力下耗能，并减小了镗杆的振动频率；两个所述的轴向定位筒二分别布置在阻尼调节单元的两侧，每个轴向定位筒二的一端抵接在刚度调节单元上，另一端抵接在阻尼调节单元上，两个轴向定位筒二用于阻尼调节单元的轴向定位；
5、所述的加速度传感器安装在镗杆上，并与控制模块电连接，所述的刚度调节单元和阻尼调节单元分别与控制模块电连接。
6、优选地，所述的刚度调节单元包括支撑圆环和支撑气囊；所述的支撑圆环套在支撑气囊外并固定安装在安装套筒上；所述支撑气囊的中心位置设置有支撑凹槽，悬臂梁的端部插在支撑凹槽内。
7、优选地，所述的支撑气囊内填充有磁流变液，悬臂梁的端部缠绕有用于改变磁流变液粘度的电磁线圈，电磁线圈与控制模块电连接。
8、优选地，所述的刚度调节单元还包括一个陶瓷加热环和若干片c型支撑片；若干片所述的c型支撑片周向均匀布置，每片c型支撑片套在支撑气囊中支撑凹槽的槽壁上，c型支撑片的一端固定在支撑圆环的内环壁上，c型支撑片的另一端固定在悬臂梁上，若干片c型支撑片对悬臂梁的端部起到一个径向限位的作用；所述的c型支撑片是由形状记忆合金材料制成；
9、所述的陶瓷加热环套在悬臂梁上，并与若干片所述的c型支撑片相接触，所述的陶瓷加热环与控制模块电连接。
10、优选地，所述c型支撑片的个数为6。
11、优选地，每个阻尼调节单元包括径向依次设置的u型外壳、两个介电弹性体、薄片和橡胶块；所述的u型外壳固定连接在轴向定位筒二的内壁上，u型外壳背向轴向定位筒二的一侧为孔板；所述的u型外壳上连接有气路，并通过气路向u型外壳内注气；两个所述的介电弹性体轴向并排布置，每个介电弹性体的一端固连在u型外壳的端部，另一端固连在薄片的一侧板面上；所述的橡胶块固连在薄片的另一侧板面上，并与质量块之间留有活动间隙。
12、优选地，所述橡胶块朝向质量块的一侧为弧形面，弧形面的曲率与质量块外圆周壁的曲率相同。
13、优选地，所述介电弹性体的两侧表面上分别覆盖一层柔性电极。
14、优选地，所述的安装套筒、轴向定位筒一和轴向定位筒二上开有贯穿于安装腔和外界的通孔，以实现气体的释放。
15、优选地，所述的镗杆上沿轴线方向开有一个贯穿于安装腔的通孔，靠近镗杆尾端的刚度调节单元上开有一个轴向布置的通孔，并与通孔相连通，若干个阻尼调节单元所连接的气路汇集在一起，并穿过通孔伸出镗杆，与微型气泵连接在一起。
16、本专利技术与现有技术相比产生的有益效果是：
17、1、本专利技术通过两种途径实现镗杆的减振，一是通过刚度调节单元刚度的改变，来改变悬臂梁及质量块的振动频率，二是通过阻尼调节单元阻尼性能的改变，来改变镗杆本体的振动频率，当悬臂梁及质量块的振动频率与镗杆的振动频率接近时，会使得镗杆的减振效果达到最优；具体的，本专利技术通过加速度传感器采集镗杆的振动频率并转化成振动信号，加速度传感器将此振动信号发送给控制模块，控制模块分析采集到的振动信号，并控制镗杆内部的刚度调节单元的刚度以及阻尼调节单元的阻尼性能，通过刚度调节单元和阻尼调节单元的设计来改变质量块以及镗杆的振动频率，当质量块的振动频率与镗杆的振动频率接近时，会使得镗杆的减振效果达到最优，提高工件的加工质量和工具使用寿命。
18、2、本专利技术中的刚度调节单元可以通过多种或多种组合方式实现刚度的改变，分别为支撑气囊充气量的改变、磁流变液粘度的改变、c型支撑片径向限位位移的改变等，改变了刚度调节单元对悬臂梁两端的支撑强度或径向移动距离，故悬臂梁以及质量块的振动频率发生改变；同时本申请利用磁流变液的特性以及形状记忆合金的特性可以实时且快速的改变刚度调节单元的刚性，相比气体调节效率更高。
19、3、本专利技术中的阻尼调节单元通过气流大小的改变实现橡胶块对质量块阻尼力的改变，进而使得质量块在振动时耗能的大小发生改变；另外，本专利技术通过间隙值的调整，一方面可以适应质量块的振幅，保证质量块的振幅始终大于间隙值；一方面可以调整质量块撞击橡胶块的累积时间，即在质量块振幅一定的情况下，间隙值越小，质量块初始碰撞时间越早，橡胶块阻碍质量块运动的时间越长，耗能越大，间隙值越大，质量块初始碰撞时间越晚，橡胶块阻碍质量块运动的时间越短，耗能越小；另一方面可以调整质量块撞击橡胶块的初始速度，即间隙值越小，质量块撞击橡胶块的初始速度越大，耗能越大，间隙值越大，质量块撞击橡胶块的初始速度越小，耗能越小。故本专利技术可以通过气流大小的改变以及间隙值的调整改变耗能，进而实现了减振。
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1.一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：它包括刀头(1)、刀头连接件(2)、镗杆(3)、悬臂梁(4)、质量块(5)、两个刚度调节单元(6)、若干个阻尼调节单元(7)、安装套筒(8)、轴向定位筒一(9)、两个轴向定位筒二(10)、加速度传感器(11)和控制模块(12)；
2.根据权利要求1所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述的刚度调节单元(6)包括支撑圆环(601)和支撑气囊(602)；所述的支撑圆环(601)套在支撑气囊(602)外并固定安装在安装套筒(8)上；所述支撑气囊(602)的中心位置设置有支撑凹槽，悬臂梁(4)的端部插在支撑凹槽内。
3.根据权利要求2所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述的支撑气囊(602)内填充有磁流变液，悬臂梁(4)的端部缠绕有用于改变磁流变液粘度的电磁线圈(603)，电磁线圈(603)与控制模块(12)电连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述的刚度调节单元(6)还包括一个陶瓷加热环(604)和若干片C型支撑片(605
5.根据权利要求4所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述C型支撑片(605)的个数为6。
6.根据权利要求1所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：每个阻尼调节单元(7)包括径向依次设置的U型外壳(701)、两个介电弹性体(702)、薄片(703)和橡胶块(704)；所述的U型外壳(701)固定连接在轴向定位筒二(10)的内壁上，U型外壳(701)背向轴向定位筒二(10)的一侧为孔板；所述的U型外壳(701)上连接有气路(705)，并通过气路(705)向U型外壳(701)内注气；两个所述的介电弹性体(702)轴向并排布置，每个介电弹性体(702)的一端固连在U型外壳(701)的端部，另一端固连在薄片(703)的一侧板面上；所述的橡胶块(704)固连在薄片(703)的另一侧板面上，并与质量块(5)之间留有活动间隙。
7.根据权利要求6所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述橡胶块(704)朝向质量块(5)的一侧为弧形面，弧形面的曲率与质量块(5)外圆周壁的曲率相同。
8.根据权利要求6所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述介电弹性体(702)的两侧表面上分别覆盖一层柔性电极。
9.根据权利要求6所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述的安装套筒(8)、轴向定位筒一(9)和轴向定位筒二(10)上开有贯穿于安装腔(301)和外界的通孔，以实现气体的释放。
10.根据权利要求6所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述的镗杆(3)上沿轴线方向开有一个贯穿于安装腔(301)的通孔(302)，靠近镗杆(3)尾端的刚度调节单元(6)上开有一个轴向布置的通孔，并与通孔(302)相连通，若干个阻尼调节单元(7)所连接的气路(705)汇集在一起，并穿过通孔(302)伸出镗杆(3)，与微型气泵连接在一起。
...【技术特征摘要】
1.一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：它包括刀头(1)、刀头连接件(2)、镗杆(3)、悬臂梁(4)、质量块(5)、两个刚度调节单元(6)、若干个阻尼调节单元(7)、安装套筒(8)、轴向定位筒一(9)、两个轴向定位筒二(10)、加速度传感器(11)和控制模块(12)；
2.根据权利要求1所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述的刚度调节单元(6)包括支撑圆环(601)和支撑气囊(602)；所述的支撑圆环(601)套在支撑气囊(602)外并固定安装在安装套筒(8)上；所述支撑气囊(602)的中心位置设置有支撑凹槽，悬臂梁(4)的端部插在支撑凹槽内。
3.根据权利要求2所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述的支撑气囊(602)内填充有磁流变液，悬臂梁(4)的端部缠绕有用于改变磁流变液粘度的电磁线圈(603)，电磁线圈(603)与控制模块(12)电连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述的刚度调节单元(6)还包括一个陶瓷加热环(604)和若干片c型支撑片(605)；若干片所述的c型支撑片(605)周向均匀布置，每片c型支撑片(605)套在支撑气囊(602)中支撑凹槽的槽壁上，c型支撑片(605)的一端固定在支撑圆环(601)的内环壁上，c型支撑片(605)的另一端固定在悬臂梁(4)上，若干片c型支撑片(605)对悬臂梁(4)的端部起到一个径向限位的作用；所述的c型支撑片(605)是由形状记忆合金材料制成；
5.根据权利要求4所述的一种主动式变刚度、变阻尼减振镗杆，其特征在于：所述c型支撑片(605)的个数为6。
6.根据权利要求1所述的一种主动...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，韩嘉明，马晶，李静昕，沈斌，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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