[发明专利]一种两自由度电涡流调谐被动阻尼器

说明书

技术领域

本发明提供一种两自由度电涡流调谐被动阻尼器，它涉及一种金属切削加工过程中的工件结构及工件减振装置，具体来说，是一种刚度、阻尼可分离调节的两自由度电涡流调谐被动阻尼器，可有效地实现减振效果，以保证金属零件高效高质加工，属于机械加工领域。

背景技术

金属切削加工中最常见的问题是刀具与工件间出现的切削颤振，切削颤振是一种破坏正常切削过程极其有害的现象，是影响工件表面质量和加工精度的首要因素，同时机床与刀具的使用寿命也受到影响。而加工过程中由于颤振产生的噪音对操作人员的身体也将造成一定伤害，需要对此现象进行改善，而本发明正是基于此目的，此专利通过调节阻尼器参数改善机床动力学特性，补偿弱刚性模态，对由切削颤振引起的危害可从根本上避免。

阻尼器归为两类：主动形式、被动形式。主动形式的阻尼器在理论上具有较大效果，但因其复杂的软硬件系统，高昂成本，在实际加工中得以应用存在阻碍。而被动形式阻尼器以其结构的简单性，形式的灵活性，操作的易调节性往往使其应用广泛。被动形式阻尼器通过调节其刚度，阻尼参数实现抑制颤振的目的。同时本阻尼器具有两个自由度，相比于单自由度阻尼器抑制减效果更加明显。传统被动形式阻尼器存在以下问题：大部分阻尼器均为接触式，振动能量都被吸收后耗散，同时接触式阻尼器存在的摩擦消耗将导致电涡流阻尼器损坏失效；抑制频带相对窄，只有当电涡流阻尼器频率被调谐到结构受控频率而且外激励覆盖此频率成分时才有效果。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种两自由度电涡流调谐被动阻尼器，对切削加工中出现的颤振问题进行抑制，由目标结构的动力学特性自身进行参数调谐，加强阻尼器对切削颤振的抑制效果，使其在切削加工领域得到广泛应用。

本发明一种两自由度电涡流调谐被动阻尼器，其特征在于：包括质量块、支撑架、圆柱棒、刚度调节螺母、永久磁铁与支撑板。它们相互之间的关系是：圆柱棒穿过质量块，与质量块通过螺纹连接；圆柱棒与支撑架间隙配合，通过支撑架两侧的刚度调节螺母拧紧定位；四个支撑架底部位于同一个平面；永久磁铁固定在支撑板上，支撑板粘贴在工件上，调节支撑板的位置使两套永久磁铁位于质量块螺纹通孔的正下方。

所述质量块为长方体块，材料为铜，具有良好的导电性及较高的密度；质量块左右两侧均有一个螺纹通孔，螺纹通孔关于质量块几何中心线对称，螺纹通孔中部有内螺纹，通过内螺纹与圆柱棒中部的外螺纹连接。

所述支撑架有四套，四套支撑架结构完全相同，支撑架上部开有一通孔，支撑与质量块相配合的两根圆柱棒，通孔与圆柱棒间隙配合。支撑架底部平面较大，方便与加工工件的贴合。

所述圆柱棒有两套，两套圆柱棒完全一样。支撑架与圆柱棒通过八个完全一样的刚度调节螺母固定，每个支撑架的内侧与外侧均有一个刚度调节螺母，通过刚度调节螺母在圆柱棒上的位置可改变支撑架与质量块的距离，从而改变阻尼器的刚度。

所述刚度调节螺母有八套，八套均一样。刚度调节螺母通过改变支撑架与质量块的相对位置从而改变阻尼器刚度。

所述永久磁铁有两套，结构相同，分别位于质量块的两个通孔的正下方。通过调整永久磁铁与质量块的距离可调节阻尼器的阻尼比。

所述支撑板为一长方体薄板，材质为薄铝板，永久磁铁用特制胶固定在支撑板上，支撑板粘贴在工件上，可省去把永久磁铁固定在阻尼器上的麻烦。

上述两自由度电涡流调谐被动阻尼器具备明显的两阶模态特征，可抑制机床结构或工件的一、二阶模态。在切削振动中，一阶模态时，两圆柱棒给质量块提供向上的振动同步，使质量块发生垂直向上的振动；二阶模态时，两圆柱棒给质量块提供向上振动不同步，质量块绕其中一根圆柱棒转动。

本发明一种两自由度电涡流调谐被动阻尼器，其优点在于：

1、本发明两自由度电涡流调谐被动阻尼器作为机械加工领域的减振装置，可削弱工件的一阶以及二阶模态，有效降低切削加工中的振动，实现工件的高效高质加工；

2、本发明两自由度电涡流调谐被动阻尼器通过穿过质量块通孔的两根圆柱棒的不同运动状况，使其具有一个平动自由度和一个转动自由度，可抑制工件的一阶或两阶振动模态，在相同质量下与单自由度阻尼器相比具有更好的抑振效果，且零件较少，制造简单，参数调节比接触式被动阻尼器更加方便，能够比较精确地调节阻尼。

3、本发明两自由度电涡流调谐被动阻尼器采用四个支撑架，具备参数可分离调谐的特点，抑振频带宽，当切削加工中的工件动态特性发生变化时，阻尼器刚度、阻尼比具备一定的可调区间的要求；