復合式智能深孔加工減振器及優選輔助支撐位置自移動控制方法
【專利摘要】本發明屬于機械設計與制造技術領域，為解決目前深孔加工過程中，靠經驗人工盲目移動輔助支撐位置，且減振效果不理想的技術問題，提供了一種復合式智能深孔加工減振器優選輔助支撐位置自移動控制方法，復合式智能深孔加工減振器包括磁流變液阻尼器、機械阻尼系統和自移動調整系統，磁流變液阻尼器包括磁流變液流體腔和減振碟盤，減振碟盤安裝于磁流變液流體腔內，磁流變液流體腔的外側設有支撐隔板槽，支撐隔板槽上纏繞通電線圈；磁流變液阻尼器、機械阻尼系統均安裝在自移動調整系統上；本發明結構獨特，對有效抑制深孔鉆桿振動，提高深孔加工精度，實現高檔深孔機床的智能數字化控制具有重要意義。
【專利說明】
復合式智能深孔加工減振器及優選輔助支撐位置自移動控制 方法
技術領域
[0001] 本發明屬于機械設計與制造技術領域，具體涉及一種復合式智能深孔加工減振器 及優選輔助支撐位置自移動控制方法。
【背景技術】
[0002] 深孔加工是裝備制造業的一個重要分支，其廣泛應用于軍工、航空、航天、高鐵、機 床、發動機、汽車、能源采掘等領域。由于深孔零件的特殊功能，深孔零件常常成為決定產品 質量和效益的關鍵件。特別是現代機械產品對功能、結構方面的要求越來越高，深孔加工不 斷向著高精度、高效率、智能化的方向發展，而深孔加工因其大長徑比，多干擾性約束的獨 特性，產生了其剛度系統差、冷卻難、振動明顯的固有劣勢，加之深孔加工中刀具的旋轉及 進給，同時伴隨著高壓切削液的動載荷耦合作用，這導致深孔加工中的彎曲扭轉振動頻繁， 并加劇了深孔加工刀具的磨損。而且目前深孔加工過程中，一般都是靠經驗人工盲目移動 輔助支撐位置，缺乏智能主動抑振措施，導致減振效果不理想。
[0003] 針對深孔加工系統中的動態渦動、非線性振動問題，國內外研究人員對此進行了 大量的實踐與理論研究，通過優化鉆削參數、刀具參數，增加輔助支撐裝置等措施來抑制振 動，也有研究者建立了深孔加工系統模型，研究中心支撐、輔助支撐位置、數量等對振動的 影響，但具體應用于實踐的研究還很少，同時兼顧輔助支撐位置與鉆削深度的相互匹配及 智能可控減振功能的深孔加工輔助支撐裝置，更是未曾出現。
[0004] 因此，研制高檔數控深孔加工機床，解決深孔加工弱剛度系統問題，從而有效控制 動態振動難題，最終實現高精度深孔加工的目標已刻不容緩。

【發明內容】

[0005] 本發明為解決目前深孔加工過程中，靠經驗人工盲目移動輔助支撐位置，且減振 效果不理想的技術問題，提供了一種復合式智能深孔加工減振器及優選輔助支撐位置自移 動控制方法。
[0006] 本發明采用的技術方案如下： 一種復合式智能深孔加工減振器，包括減振系統和自移動調整系統，所述減振系統包 括磁流變液阻尼器和機械阻尼系統； 所述磁流變液阻尼器包括通電線圈、支撐隔板槽、減振碟盤、磁流變液、以及減振系統 前端蓋和減振系統后端蓋組成的磁流變液流體腔，所述磁流變液流體腔中充滿磁流變液， 所述減振碟盤貫穿安裝于磁流變液流體腔內，磁流變液流體腔的外側設置有支撐隔板槽， 所述通電線圈纏繞于支撐隔板槽上； 所述機械阻尼系統包括套設在鉆桿外壁的刀桿支撐套、錐形阻尼套、錐套座、深溝球軸 承、深溝球軸承座、軸承擋圈、壓圈、推力球軸承、壓套、推力軸承定位軸、驅動座和直線驅動 器，所述錐形阻尼套套設在刀桿支撐套外壁，錐形阻尼套外設有錐套座，錐套座的前端固定 設置有壓圈，壓圈與減振系統前端蓋之間緊密配合，磁流變液流體腔的內側設置有深溝球 軸承座，所述深溝球軸承座兩側與減振系統前端蓋和減振系統后端蓋之間緊密配合，深溝 球軸承座兩側階梯孔分別安裝第一深溝球軸承和第二深溝球軸承，第一深溝球軸承和第二 深溝球軸承的內圈之間設有軸承擋圈，所述軸承擋圈安裝于錐套座上，所述錐套座的后端 設有外凸卡臺，外凸卡臺作用于第二深溝球軸承的內圈外側，錐形阻尼套的后端連接有推 力軸承定位軸，推力軸承定位軸上套設有推力球軸承，推力軸承定位軸與驅動座螺紋連接， 減振系統后端蓋的內腔與驅動座之間設有壓套，壓套上設有三級軸孔，第一級軸孔作用于 推力球軸承的外圈，第三級軸孔作用于推力軸承定位空心軸，壓套與驅動座之間通過螺釘 連接，驅動座的法蘭上與鉆桿軸線水平平行的兩側分別連接有一個直線驅動器； 所述自移動調整系統包括支座、伺服電機、電機座、聯軸器、錐齒輪減速機、滑塊、直線 導軌、進給主軸、斜齒輪和減振系統底座，所述支座由水平臺和兩側的支撐板構成，所述支 撐板的一側焊接電機座，電機座的一側安裝伺服電機，另一側安裝聯軸器和錐齒輪減速機， 伺服電機、聯軸器與錐齒輪減速機相互連接，減振系統底座下左右兩側沿鉆桿軸向方向設 有滑塊和與滑塊相配合的直線導軌，錐齒輪減速機安裝于減振系統底座橫跨兩直線導軌的 中心處，錐齒輪減速機上連接進給主軸，進給主軸上安裝有斜齒輪； 所述減振系統前端蓋或減振系統后端蓋上設有與通電線圈相連通的電源線連接通道， 減振系統前端蓋與減振系統后端蓋通過螺釘固定，所述減振碟盤安裝于深溝球軸承座上， 所述直線驅動器水平安裝于支座上，所述支座和減振系統前端蓋固定安裝于減振系統底座 上。
[0007] 所述減振碟盤縱向截面半側呈扇形狀，軸向兩側開設有環形網格狀的凸臺和凹 槽，減振碟盤依靠鍵、緊定螺釘及深溝球軸承座上的定位軸肩固定在深溝球軸承座上。
[0008] 所述錐形阻尼套的前端和后端分別交錯相間均布開設未貫穿的楔縫。
[0009] 所述深溝球軸承座兩側與減振系統前端蓋和減振系統后端蓋之間分別設有密封 墊圈。
[0010] 所述壓套與減振系統后端蓋的內腔之間設有毛氈密封圈。
[0011] -種復合式智能深孔加工減振器優選輔助支撐位置自移動控制方法，具體實施步 驟為： 將長度為I的鉆桿離散為N個節點，并將鉆削深度4離散為N個節點，根據確定的加工孔 徑、內外直徑及材料屬性，由公式：
獲得輔助支撐位置、鉆削深度及鉆桿振動之間的關系，從而求得最優輔助支撐位置解； (1) .確定第一節點輔助支撐位置尥：
其中，
從而數值解出與鉆削深度In相匹配的最優匕解； (2) .確定初始輔助支撐位置根據確定的第一輔助支撐位置因預鉆引導孔的 存在，將初始輔助支撐位置相對后移即可； (3) .確定第二節點輔助支撐位置H
中，
從而數值解出與鉆削深度相匹配的最優1?:解； (4) .確定各節點輔助支撐位置:!^1:、^,^:運用上述方法，
，依次獲得 各鉆削深度節點處相對應的最優輔助支撐位置解； (5) .根據確定的優選輔助支撐位置，確定每兩個相鄰支撐位置之間的位移差
，從而，確定每相鄰支撐位置間的移動速度夂:^ ，而深孔加 工刀具進給速度％為恒定值，依據刀具進給速度寫，監控深孔加工深度4 = ??.，從而，建 立自移動速度及刀具進給速度'備之間的關系_ = ;通過預設輔助支撐減振裝置變 速度調整程序，實現輔助支撐位置與鉆削深度的自動相互匹配，達到最佳減振性能的優 選支撐位置捕捉。
[0012] 本發明的有益效果： 1、本發明將機械減振與磁流變液阻尼器復合為一體，二者相輔相成，結構緊湊，通過錐 形阻尼套與鉆桿完全抱緊，增大阻尼，即產生減振作用，又更能貼切地映射鉆桿的振動狀 況，并將振動狀況傳遞到減振碟盤，進而使得磁流變液阻尼器快速產生主動抑振作用，通過 機械阻尼與磁流變液逆變機制的耦合作用，極大地增強了抑振效果，即使磁流變液阻尼器 發生異常，機械阻尼系統也可以起到較好的抑振作用，同時，磁流變液阻尼器彌補了機械阻 尼系統不可主動調控的缺點。
[0013] 2、本發明中的錐形阻尼套前、后端分別交錯相間均布開設未貫穿的楔縫，通過直 線度驅動器的推拉作用實現抱緊或松開，從而增大或減小阻尼。
[0014] 3、本發明中的減振碟盤縱向截面半側呈扇形狀，軸向兩側均布開設網狀結構的凹 槽和凸臺，增大了減振碟盤與磁流變液的接觸面積，更利于對磁流變液的剪切或移動，從而 激勵磁流變液發生作用。
[0015] 4、本發明采用磁流變阻尼器響應快速、連續及可逆轉化的優越性能，在不同的優 選支撐位置范圍內，通過施加不同外加電流的作用，完成減振性能的最優主動調控，其更適 用于大跨度深孔鉆桿系統振動的有效控制。
[0016] 5、本發明利用直線驅動器實現錐形阻尼套的抱緊與松開，結構簡單，響應迅速，易 于實現控制。
[0017] 6、本發明由伺服電機來控制減振器的移動速度，依據深孔加工刀具-鉆桿進給速 度，可實時監控深孔加工深度，并根據加工要求，確定初始支撐位置（即初始刀具距離輔助 支撐的位置），通過理論研究建立的包含鉆桿長度、進給速度、輔助支撐位置等的數學模型， 建立輔助支撐位置與鉆削深度的優化路徑，從而設定輔助支撐減振裝置變速度調整程序， 從而以刀具-鉆桿進給速度和輔助支撐裝置移動速度之間的匹配調整，實現輔助支撐位置 與鉆削深度的自動相互匹配，達到最佳減振性能的優選支撐位置捕捉。
[0018] 7、本發明中的自移動調整系統，利用主軸系統帶動斜齒輪與機床進給系統的固定 齒條相互嚙合，并安裝于兩滑動導軌中間位置，受力均勻，運行平穩。自移動調整系統減少 了輔助支撐的數量，同時也相對減小了相同加工深度下鉆桿的長度。
[0019] 8、本發明同時利用自移動調整速度與刀具進給速度的相對速度差，利于錐形阻尼 套的抱緊。
[0020] 9、采用本發明對不同加工尺寸要求，只需相應更換鉆桿、刀桿支撐套和驅動座，BP 可方便、簡捷的保證輔助支撐功能的統一性。
[0021] 10、本發明從機械減振系統、磁流變液阻尼器、優選輔助支撐位置、智能控制等多 方位角度，有效改善對深孔鉆桿系統的輔助支撐減振功效。將機械減振系統與磁流變液阻 尼器集成于一體，利用卡扣固定于底座，結構簡單，整體拆卸方便。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的主視圖； 圖2為本發明的側視圖； 圖3為減振碟盤的結構示意圖； 圖4為錐形阻尼套的主視圖； 圖5為錐形阻尼套的側視圖； 圖6為自移動變速度控制策略原理圖； 圖中：1-通電線圈；2-支撐隔板槽;3-磁流變液流體腔;4-減振碟盤;5-密封墊圈；6-第 一深溝球軸承;7-第二深溝球軸承;8-壓圈;9-錐套座；10-鉆桿;11-刀桿支撐套；12-錐形阻 尼套；13-軸承擋圈；14-深溝球軸承座；15-鍵；16-減振系統前端蓋；17-電源線連接通道； 18-吊環螺釘；19-磁流變液;20-密封圈；21-減振系統后端蓋;22-緊定螺釘;23-毛毯密封 圈；24-推力球軸承；25-壓套；26-推力軸承定位軸；27-內六角圓柱頭螺釘;28-驅動座； 29-直線驅動器前接頭30-法蘭；31-直線驅動器;32-支座；33-錐齒輪減速機；34-進給主 軸;35-斜齒輪;36-鎖緊螺栓;37-雙頭螺柱;38-鎖扣;39-減振系統底座;40-電機座;41-聯 軸器;42-伺服電機;43-滑塊;44-直線導軌;45-工件;46-減振器輔助支撐。
【具體實施方式】
[0023] -種復合式智能深孔加工減振器，包括減振系統和自移動調整系統，所述減振系 統包括磁流變液阻尼器和機械阻尼系統； 如圖1、2所示，所述磁流變液阻尼器包括通電線圈1、支撐隔板槽2、減振碟盤4、磁流變 液19、以及減振系統前端蓋16和減振系統后端蓋21組成的磁流變液流體腔3,所述磁流變液 流體腔3中充滿磁流變液19，所述減振碟盤4貫穿安裝于磁流變液流體腔3內，磁流變液流體 腔3的外側設置有支撐隔板槽2,所述通電線圈1纏繞于支撐隔板槽2上，如圖3所示，為了增 大減振碟盤4與磁流變液19的接觸面積，所述減振碟盤4兩側開設有環形網格狀的凸臺，所 述減振系統前端蓋16或減振系統后端蓋21上設有與通電線圈1相連通的電源線連接通道 17,減振系統前端蓋16與減振系統后端蓋21通過內六角圓柱頭螺釘固定，為防止磁流變液 19泄露，減振系統前端蓋16與減振系統后端蓋21連接處設有密封圈20。
[0024]如圖1、2所示，所述機械阻尼系統包括套設在鉆桿10外壁的刀桿支撐套11、錐形阻 尼套12、錐套座9、深溝球軸承、深溝球軸承座14、軸承擋圈13、壓圈8、推力球軸承24、壓套 25、推力軸承定位軸26、驅動座28和直線驅動器31，所述錐形阻尼套12套設在刀桿支撐套11 外壁，錐形阻尼套12外設有錐套座9,錐套座9的前端固定設置有壓圈8,壓圈8與減振系統前 端蓋16之間緊密配合，磁流變液流體腔3的內側設置有深溝球軸承座14,所述深溝球軸承座 14兩側與減振系統前端蓋16和減振系統后端蓋21之間緊密配合，并分別設有密封墊圈5,防 止磁流變液的泄露，深溝球軸承座14兩側階梯孔分別安裝第一深溝球軸承6和第二深溝球 軸承7,并保證兩深溝球軸承與深溝球軸承座14之間過渡配合，第一深溝球軸承6和第二深 溝球軸承7的內圈之間設有軸承擋圈13，所述軸承擋圈13安裝于錐套座9上，所述錐套座9的 后端設有外凸卡臺，外凸卡臺及減振系統后端蓋21的偏軸心側臺階作用于第二深溝球軸承 7的內、外圈外側，實現深溝球軸承的定位，8-壓圈外側及減振系統前端蓋16的偏軸心側臺 階分別作用于第一深溝球軸承6的內、外圈；減振碟盤4通過鍵15、緊定螺釘22及深溝球軸承 座上的定位擋圈被軸向夾緊于深溝球軸承座上（即定位），并實現動力傳遞，伴隨著旋轉鉆 桿10動態振動，減振碟盤4相應映射其狀態，略微的轉動或橫向移動，都將引起減振碟盤4剪 切磁流變液;錐形阻尼套12的后端連接有推力軸承定位軸26,推力軸承定位軸26上套設有 推力球軸承24，推力軸承定位軸26的內孔帶有螺紋，與驅動座28的第一級軸孔間螺紋連接， 減振系統后端蓋21的內腔與驅動座28之間設有壓套25,壓套25與減振系統后端蓋21的內腔 之間采用毛氈密封圈23密封，壓套25上設有三級軸孔，第一級軸孔作用于推力球軸承24的 外圈，第三級軸孔作用于推力軸承定位空心軸26,壓套25與驅動座28之間通過內六角圓柱 頭螺釘27連接，驅動座28的法蘭上與鉆桿10軸線水平平行的兩側分別連接有一個直線驅動 器31，直線驅動器31的推拉運動帶動錐形阻尼套12收緊和松開，如圖4、5所示，錐形阻尼套 12前、后端分別均布開設未貫穿的楔縫，因楔縫而夾緊，進而使與鉆桿10過盈配合的刀桿支 撐套11抱緊鉆桿10,并且錐形阻尼套12的安裝應為小直徑端即前端與進給方向一致，直線 驅動器31通過底盤的兩個法蘭水平安裝于支座32上，支座32與減振器相對獨立。
[0025] 如圖1、2所示，所述自移動調整系統包括支座32、伺服電機42、電機座40、聯軸器 41、錐齒輪減速機33、滑塊43、直線導軌44、進給主軸34、斜齒輪35和減振系統底座39,所述 支座32由水平臺和兩側的支撐板構成，所述支撐板的一側焊接電機座40,電機座40的一側 安裝伺服電機42,另一側安裝聯軸器41和錐齒輪減速機33,通過電機座40的定位將伺服電 機42、聯軸器41與錐齒輪減速機33相互連接，減振系統底座39下左右兩側沿鉆桿10軸向方 向設有滑塊43和與滑塊43相配合的直線導軌44,錐齒輪減速機33安裝于減振系統底座39橫 跨兩直線導軌44的中心處，錐齒輪減速機33上連接進給主軸34,通過鎖緊螺栓將斜齒輪35 安裝于進給主軸34上;減振系統、支座32整體安裝于減振系統底座39上，減振系統前端蓋16 與鉆桿10水平平行的外側開設有水平臺，通過鎖扣38及雙頭螺柱37固定于減振系統底座39 上，減振系統底座39通過滑塊43與直線導軌44相配合，實現軸向進給與推出。通過預編制控 制程序來控制伺服電機42，自動調節自移動速度進而調整支撐位置，實現與鉆削深度匹配 的優選輔助支撐位置。
[0026] 所述復合式智能深孔加工減振器的自移動調整是依據減振器的變速度移動與刀 具-鉆桿進給速度的實時匹配，來實現加工深度與減振器輔助支撐位置的相互最優匹配的 主動調控策略。
[0027] 如圖6所示，本發明的復合式智能深孔加工減振器優選輔助支撐位置自移動控制 方法的具體實施步驟為： 將長度為I的鉆桿離散為N個節點（一般情況取N為32即可），并將鉆削深度％離散為N 個節點，根據確定的加工孔徑，內外直徑及材料屬性，由公式：
獲得輔助支撐位置、鉆削深度及鉆桿振動之間的關系，從而可求得最優輔助支撐位置 解； (1).確定第一節點輔助支撐位置％
其中
從而數值解出與鉆削深度4:3：相匹配的最優1?解。
[0028] (2).確定初始輔助支撐位置1?:根據確定的第一輔助支撐位置1?，因預鉆引導 孔的存在，將初始輔助支撐位置相對后移
[0029] (3).確定第二節點輔助支撐位置:?:
并分別取
從而數值解出與鉆削深度相匹配的最優， 解。
[0030] (4).確定各節點輔助支撐位置:運用上述方法，
，依此 獲得各鉆削深度節點處相對應的最優輔助支撐位置解。
[0031] (5).根據確定的優選輔助支撐位置，可確定每兩個相鄰支撐位置之間的位移差 具進給速度^為恒定值，依據刀具進給速度^，便可監控深孔加工深度A = ，從而， 建立自移動速度及刀具進給速度.?之間的關系A ;通過預設輔助支撐減振裝置 變速度繫@調整程序，即可實現輔助支撐位置與鉆削深度的自動相互匹配，達到最佳減振性 能的優選支撐位置捕捉。 實施例
[0032] 實驗參數:刀具直徑為18.91，鉆桿長度為1800,內徑為11.5及外徑為17,楊氏模量 E為2.06*10npa，加工合金鋼材料，其密度為7.87*103，加工深度200，切削液密度866kg/m 3。
[0033] 通過上述方程進行求解，確定第一輔助支撐位置1?，
：取
求得鉆桿前五階固有頻率，分別為39.538，103.718，200.477，329.390， 490.571
，求得鉆桿前五階固有頻率，分別為39.261，103.362，200.016， 328.823，482.325;依次求得1?各取值單元I；".處鉆桿的固有頻率，而加工過程中，鉆桿 長度、轉速等切削參數不變，相比較各節點處固有頻率，
，其固有頻 率為35.318，98.630，189.329，318.469，483.076，第一階固有頻率較低，抑振效果較好。從 而確定初始輔助支撐
，減振器的移動速度巧與刀具進給速度&一致， 實驗中刀具進給速度為l〇mm/min。
[0034] 依次確定第二輔助支撐位置鳴:在:
處抑振效果良好，從而確定 從第一輔助支撐處到第二輔助支撐處，減振器的移動速度
，即確 定減振器的移動速度1.?為96562Smrn/m!n，再依次確定每相鄰支撐位置間的移動速度 鳴:％?、，之后依據刀具進給速度鳥.，便可監控深孔加工深度Ie = 從而，建立自移 動速度及刀具進給速度巧之間的關系巧夂？!％;所有計算的數據本領域的技術人員 根據公知常識容易得出。
[0035]本發明復合式智能深孔加工減振器的具體組裝及使用： 利用內六角圓柱頭螺釘將錐套座9固定于壓圈8的內側，依次安裝深溝球軸承、軸承擋 圈13、深溝球軸承座14和減振系統前端蓋16;壓圈8與減振系統前端蓋16之間利用毛氈密封 圈進行密封，深溝球軸承座14的外側分別加裝密封墊圈5,從而與減振系統前端蓋16、減振 系統后端蓋21形成密封及軸向夾緊，依靠減振系統前端蓋16的軸承定位臺、軸承擋圈13及 深溝球軸承座14的階梯凸臺對深溝球軸承進行內外圈的軸向固定;通過鍵15、緊定螺釘22 將減振碟盤4固定于深溝球軸承座14卡臺上，形成整體;并依次將通電線圈1、支撐隔板槽2 安裝于減振系統前端蓋16的外側底孔；由內六角圓柱頭螺釘將減振系統前端蓋16和減振系 統后端蓋21固定;整個磁流變液流體腔3中充滿磁流變液19。
[0036]推力軸承定位軸26通過銷釘連接于錐形阻尼套12的后端，推力球軸承24套裝于推 力軸承定位軸26上，壓套25與減振系統后端蓋21之間利用毛氈密封圈23進行密封，并將壓 套25第一級軸孔作用于推力球軸承24的外圈；壓套25與驅動座28之間用內六角圓柱頭螺釘 27連接，驅動座28與推力軸承定位軸26之間螺紋連接構成組件。刀桿支撐套11、錐形阻尼套 12、減振系統前端蓋16、減振系統后端蓋21、驅動座28與鉆桿10都嚴格同軸。
[0037]兩個直線驅動器31上的直線驅動器前接頭29利用螺紋及銷釘連接于與鉆桿10軸 線水平平行的驅動座28的法蘭上兩側，直線驅動器31的推拉運動帶動錐形阻尼套12收緊和 松開，從而增大或減小對鉆桿10的阻尼;直線驅動器31通過底盤的兩個法蘭水平安裝于支 座32上，支座32與減振系統相對獨立。支座32由水平臺和兩側支撐板構成，兩側支撐板的一 側焊接電機座40,通過電機座40的定位將伺服電機42、聯軸器41與錐齒輪減速機33相互連 接，并將錐齒輪減速機33安裝于減振系統底座39橫跨兩直線導軌44的中心處，利于保證運 行平穩，錐齒輪減速機33上連接進給主軸34，通過鎖緊螺栓36將斜齒輪35安裝于進給主軸 34上。減振系統、支座32整體安裝于減振系統底座39上，減振系統前端蓋16與鉆桿10水平平 行的外側開設有水平臺，通過鎖扣38及雙頭螺柱37固定于減振系統底座39上，拆卸時，只需 抽出鉆桿10,松開兩側鎖扣38,即可由吊環螺釘18,將磁流變液阻尼器和機械阻尼系統整體 拆離;減振系統底座39通過滑塊43與直線導軌44相配合，實現軸向進給與推出。通過預編制 控制程序來控制伺服電機42,自動調節移動速度進而調整支撐位置，實現與鉆削深度匹配 的優選輔助支撐位置。鉆桿10從減振系統后端蓋21中心穿過，一般支撐減振系統的移動速 度小于刀具進給速度，而錐形阻尼套12抱緊鉆桿10,利用相對速度差及錐形阻尼套12與鉆 桿10之間的相互摩擦力更利于錐形阻尼套12抱緊鉆桿10;不同加工尺寸要求，只需相應更 換鉆桿10,刀桿支撐套11和驅動座28,即可方便、簡捷的保證輔助支撐功能的統一性。
[0038]在鉆削過程中，先由直線驅動器31向刀具進給方向推擠驅動座28,使得壓套25擠 壓推力球軸承24,進而將錐形阻尼套12收緊，并帶動刀桿支撐套11抱緊鉆桿10,同時，根據 自移動到不同優選輔助支撐位置，還可根據實際深孔加工振動狀態適時調整通電線圈1的 電流，從而改變磁流變阻尼效應以達到對鉆桿系統的主動控制。最終實現從機械減振系統、 磁流變液阻尼器、優選輔助支撐位置、智能控制等多方位角度，有效改善對深孔鉆桿系統的 輔助支撐減振功效，大幅提高深孔加工精度，提升深孔加工裝備檔次和智能化水平。
[0039]本發明的目的是研制一種基于磁流變液與機械阻尼復合式智能減振器，該復合式 智能減振器不僅可以提供敏捷、可控的減振功能，而且可以隨著加工深度的不斷變化，自動 匹配其支撐位置，依靠機械減振系統、磁流變液阻尼器、優選輔助支撐位置、智能控制等多 方位減振策略，實現精準、智能主動調控，解決目前深孔加工設備中，靠經驗人工盲目移動 輔助支撐位置，且減震效果不理想的狀況。本發明結構獨特，是在長期理論研究，并結合深 孔加工實際的基礎上，突破性地發明，對有效抑制深孔鉆桿振動，提尚深孔加工精度，實現 高檔深孔機床的智能數字化控制具有重要意義。
【主權項】
1. 一種復合式智能深孔加工減振器，其特征在于:包括減振系統和自移動調整系統，所 述減振系統包括磁流變液阻尼器和機械阻尼系統； 所述磁流變液阻尼器包括通電線圈（1)、支撐隔板槽(2)、減振碟盤(4)、磁流變液（19)、 以及減振系統前端蓋（16)和減振系統后端蓋(21)組成的磁流變液流體腔(3)，所述磁流變 液流體腔(3)中充滿磁流變液(19)，所述減振碟盤(4)貫穿安裝于磁流變液流體腔(3)內，磁 流變液流體腔（3)的外側設置有支撐隔板槽(2)，所述通電線圈（1)纏繞于支撐隔板槽（2) 上； 所述機械阻尼系統包括套設在鉆桿（10)外壁的刀桿支撐套（11)、錐形阻尼套（12)、錐 套座(9)、深溝球軸承、深溝球軸承座（14)、軸承擋圈（13)、壓圈（8)、推力球軸承(24)、壓套 (25)、推力軸承定位軸(26)、驅動座(28)和直線驅動器(31)，所述錐形阻尼套（12)套設在刀 桿支撐套（11)外壁，錐形阻尼套（12)外設有錐套座(9)，錐套座(9)的前端固定設置有壓圈 (8)，壓圈（8)與減振系統前端蓋(16)之間緊密配合，磁流變液流體腔(3)的內側設置有深溝 球軸承座（14)，所述深溝球軸承座（14)兩側與減振系統前端蓋(16)和減振系統后端蓋(21) 之間緊密配合，深溝球軸承座（14)兩側階梯孔分別安裝第一深溝球軸承(6)和第二深溝球 軸承(7)，第一深溝球軸承(6)和第二深溝球軸承(7)的內圈之間設有軸承擋圈（13)，所述軸 承擋圈（13)安裝于錐套座(9)上，所述錐套座(9)的后端設有外凸卡臺，外凸卡臺作用于第 二深溝球軸承(7)的內圈外側，錐形阻尼套（12)的后端連接有推力軸承定位軸(26)，推力軸 承定位軸(26)上套設有推力球軸承(24)，推力軸承定位軸(26)與驅動座(28)螺紋連接，減 振系統后端蓋(21)的內腔與驅動座(28)之間設有壓套(25)，壓套(25)上設有三級軸孔，第 一級軸孔作用于推力球軸承(24)的外圈，第三級軸孔作用于推力軸承定位空心軸（26)，壓 套(25)與驅動座(28)之間通過螺釘連接，驅動座(28)的法蘭上與鉆桿（10)軸線水平平行的 兩側分別連接有一個直線驅動器(31); 所述自移動調整系統包括支座（32)、伺服電機(42)、電機座(40)、聯軸器(41)、錐齒輪 減速機(33)、滑塊(43)、直線導軌(44)、進給主軸(34)、斜齒輪(35)和減振系統底座(39)，所 述支座（32)由水平臺和兩側的支撐板構成，所述支撐板的一側焊接電機座（40)，電機座 (40)的一側安裝伺服電機(42)，另一側安裝聯軸器(41)和錐齒輪減速機（33)，伺服電機 (42)、聯軸器（41)與錐齒輪減速機（33)相互連接，減振系統底座（39)下左右兩側沿鉆桿 (10)軸向方向設有滑塊(43)和與滑塊(43)相配合的直線導軌(44)，錐齒輪減速機(33)安裝 于減振系統底座（39)橫跨兩直線導軌（44)的中心處，錐齒輪減速機（33)上連接進給主軸 (34)，進給主軸(34)上安裝有斜齒輪(35); 所述減振系統前端蓋（16)或減振系統后端蓋(21)上設有與通電線圈（1)相連通的電源 線連接通道（17)，減振系統前端蓋（16)與減振系統后端蓋(21)通過螺釘固定，所述減振碟 盤(4)安裝于深溝球軸承座（14)上，所述直線驅動器(31)水平安裝于支座(32)上，所述支座 (32)和減振系統前端蓋(16)固定安裝于減振系統底座(39)上。2. 根據權利要求1所述的一種復合式智能深孔加工減振器，其特征在于:所述減振碟盤 (4)縱向截面半側呈扇形狀，軸向兩側開設有環形網格狀的凸臺和凹槽，減振碟盤(4)依靠 鍵、緊定螺釘及深溝球軸承座(14)上的定位軸肩固定在深溝球軸承座(14)上。3. 根據權利要求1或2所述的一種復合式智能深孔加工減振器，其特征在于:所述錐形 阻尼套(12)的前端和后端分別交錯相間均布開設未貫穿的楔縫。4. 根據權利要求3所述的一種復合式智能深孔加工減振器，其特征在于:所述深溝球軸 承座(14)兩側與減振系統前端蓋(16)和減振系統后端蓋(21)之間分別設有密封墊圈（5)。5. 根據權利要求4所述的一種復合式智能深孔加工減振器，其特征在于:所述壓套(25) 與減振系統后端蓋(21)的內腔之間設有毛氈密封圈（23)。6. -種如權利要求5所述的復合式智能深孔加工減振器優選輔助支撐位置自移動控制 方法，其特征在于，具體實施步驟為： 將長度為1的鉆桿離散為N個節點，并將鉆削深度4離散為N個節點，根據確定的加工孔 徑、內外直徑及材料屬性，由公式：獲得輔助支撐位置、鉆削深度及鉆桿振動之間的關系，從而求得最優輔助支撐位置解； (1) 確定第一節點輔助支撐位置1?其中，從而數值解出與鉆削深度％相匹配的最優解； (2) 確定初始輔助支撐位置/、：根據確定的第一輔助支撐位置匕，因預鉆引導孔的存 在，將初始輔助支撐位置相對后移(3) 確定第二節點輔助支撐位置其中從而數值解出與鉆削深度1?相匹配的最優1?解； (4) 確定各節點輔助支撐位置:運用上述方法依次獲 得各鉆削深度節點處相對應的最優輔助支撐位置解； (5) 根據確定的優選輔助支撐位置，確定每兩個相鄰支撐位置之間的位移差軋鴻~ IV;.=鴯， 從而，確定每相鄰支撐位置間的移動速度％#2".；%，而深孔加工刀具進給速度％為恒定 值，依據刀具進給速度1?，監控深孔加工深度1?%，從而，建立自移動速度％:及刀具 進給速度％之間的關系％ 通過預設輔助支撐減振裝置變速度Α?調整程序，實現 輔助支撐位置與鉆削深度的自動相互匹配，達到最佳減振性能的優選支撐位置捕捉。
【文檔編號】B23Q11/00GK105921786SQ201610398101
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】張煌, 沈興全, 李耀明, 翟寧
【申請人】中北大學