零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装及幅值优化设计方法

本发明涉及切削加工振动控制及工艺装备，具体涉及一种零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装及幅值优化设计方法。

背景技术：

1、在航空航天、精密装备等领域，部分待加工零件具有尺寸小、刚度低、结构复杂或动态特性易变等特点，在铣削等切削加工过程中容易受到周期性切削力激励而产生振动。尤其对于小型薄壁件、曲面薄壁件、叶片类零件等低刚度零件，该类振动更易发展为加工颤振。

2、现有薄壁零件加工减振方式主要包括优化切削参数、提高装夹刚度、在零件表面附加阻尼材料或安装动力吸振装置等。其中，优化切削参数通常会牺牲材料去除效率；单纯提高装夹刚度难以充分抑制薄壁区域的局部模态振动；在零件表面直接安装阻尼器或附加质量块虽然能够提高阻尼，但对于小型曲面薄壁件而言，容易占用加工空间，造成刀具干涉，并可能因附加载荷或夹持作用导致零件变形。

3、此外，已有动力吸振类工装多通过板簧、质量块等结构形成调谐吸振系统，以改变被加工零件的动态响应。然而，该类结构通常以质量块承载零件或通过调节板簧等效悬长实现频率调节，其主要减振机理偏向动力吸振，对于小型薄壁零件夹持端空间受限、加工路径复杂以及需要额外耗能阻尼的场景，仍存在结构适配性和耗能能力不足的问题。现有减振工装的参数设计方法大多针对传统动力吸振器或隔振器，其结构模型和优化准则难以直接适用于设置在零件夹持端、同时具有板簧弹性支承和附着式流体黏滞阻尼器的减振工装。现有技术尚缺乏针对该类减振工装的系统参数设计方法，难以根据待加工零件的动态特性合理确定工装的质量、刚度和阻尼参数。

4、因此，有必要提供一种零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装及幅值优化设计方法，使零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装能够在避免刀具干涉和零件附加变形的同时，根据待加工零件的动态特性确定减振工装的最优刚度和最优阻尼参数，从而降低加工振动并提高切削稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装及幅值优化设计方法，以解决现有待加工零件在切削加工过程中易产生振动或颤振的问题。

2、为实现上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装，用于设置在机床与待加工零件的夹持端之间，包括：

3、底座组件；

4、夹持组件，包括固定平台和活动平台，所述活动平台位置可调地连接于所述固定平台，并与所述固定平台共同形成用于夹持所述待加工零件的夹持空间；

5、第一板簧和第二板簧，分别设置于所述固定平台的相对两侧，所述第一板簧的一端和所述第二板簧的一端分别与所述固定平台连接，所述第一板簧的另一端和所述第二板簧的另一端分别与所述底座组件连接，以对所述固定平台进行弹性支承并引导所述固定平台相对于所述底座组件运动；以及

6、附着式流体黏滞阻尼器，包括固定于所述固定平台侧部的阻尼器壳体、可活动地容纳于所述阻尼器壳体内的质量块，以及填充于所述阻尼器壳体内的液态阻尼介质；所述质量块的外圆柱面与所述阻尼器壳体的阻尼腔内圆柱面之间形成环形阻尼间隙；所述固定平台振动时，所述质量块与所述阻尼器壳体产生相对运动，使所述液态阻尼介质流经所述环形阻尼间隙并耗散振动能量。

7、本发明实施例的零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装，通过设置附着式流体黏滞阻尼器，则可以利用附着式流体黏滞阻尼器耗散振动能量，降低待加工零件在切削过程中产生振动或颤振的几率。

8、根据本发明实施例的零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装，还具有以下的附加技术特征：

9、进一步地，所述底座组件包括相对设置的第一底座和第二底座；所述第一底座设有第一夹持部，所述第二底座设有第二夹持部，所述第一夹持部和所述第二夹持部用于夹紧所述固定平台。

10、进一步地，所述活动平台包括第一连接臂和第二连接臂，所述第一连接臂和所述第二连接臂分别设有第一调节槽和第二调节槽，所述第一调节槽和所述第二调节槽分别设有开口；紧固件分别穿过所述第一调节槽和所述第二调节槽并与所述固定平台连接，以调节所述活动平台相对于所述固定平台的位置。

11、进一步地，所述第一板簧和所述第二板簧相互平行设置，并相对于所述固定平台对称设置，以引导所述固定平台沿所述第一板簧和所述第二板簧的柔性方向移动。

12、进一步地，所述第一板簧和所述第二板簧分别设有沿自身长度方向延伸的腰形调节孔；紧固件穿过所述第一板簧的所述腰形调节孔将所述第一板簧连接于所述底座组件，紧固件穿过所述第二板簧的所述腰形调节孔将所述第二板簧连接于所述底座组件。

13、进一步地，所述第一板簧通过第一上压紧条固定于所述固定平台，所述第一板簧通过第一下压紧条固定于所述底座组件；和/或，所述第二板簧通过第二上压紧条固定于所述固定平台，所述第二板簧通过第二下压紧条固定于所述底座组件。

14、进一步地，所述阻尼器壳体设有安装法兰，所述安装法兰通过紧固件固定于所述固定平台的阻尼器安装面；所述阻尼器壳体的开口端设有与所述阻尼器壳体密封连接的端盖。

15、本发明实施例的第二方面提供了一种幅值优化设计方法，可采用零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装实现，用于对零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装进行幅值优化，幅值优化设计方法包括：

16、获取待加工零件的等效质量、等效刚度和频响函数；

17、将所述减振工装等效为具有等效质量、等效刚度和等效阻尼的单自由度系统；

18、建立所述待加工零件与所述零件夹持端流体黏滞阻尼减振工组成的两自由度耦合系统，以所述待加工零件在目标频率范围内的频响函数最大幅值最小为优化目标：

19、

20、其中，为所述待加工零件的频响函数，为目标频率范围；

21、根据优化得到的等效刚度和等效阻尼，确定所述第一板簧、所述第二板簧和所述附着式流体黏滞阻尼器的结构参数。

22、进一步地，令质量比，刚度比，最优刚度比按照下述方式确定：

23、:

24、:取方程唯一正实根，其中，为最优刚度比。

25、进一步地，在确定最优刚度比后，将无量纲频率的平方记为，将阻尼比的平方记为，根据所述两自由度耦合系统的两个不动点分别确定阻尼比平方值：

26、其中，；其中，和是方程的两个根；

27、按照下式确定最优阻尼比：

28、

29、所述最优等效阻尼按照下式确定：

30、

31、根据所述最优刚度比调节第一板簧和第二板簧的有效变形长度，并根据所述最优等效阻尼确定液态阻尼介质的黏度和/或环形阻尼间隙的尺寸。

32、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

33、第一，本发明将零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装设置在待加工零件的夹持端，而非直接设置在零件加工表面，能够减少对加工空间的占用，降低与刀具发生干涉的风险，尤其适用于小型零件、曲面零件及低刚度零件的切削加工。

34、第二，本发明通过第一板簧和第二板簧为夹持平台提供弹性支承及导向约束，使夹持平台形成具有可设计刚度和固有频率的减振支承系统；通过调节第一板簧和第二板簧的有效连接位置，可改变工装固有频率，从而适配不同零件的主导振动模态。

35、第三，本发明采用附着式流体黏滞阻尼器作为耗能元件，该附着式流体黏滞阻尼器无需采用传统两端连接式阻尼器结构，能够在保持结构紧凑的同时提供流体黏滞耗能能力，有利于提升零件夹持端流体黏滞阻尼减振工装在狭小空间的适配性。

36、第四，本发明通过采用夹持平台、第一板簧、第二板簧和附着式流体黏滞阻尼器的组合，使待加工零件的夹持端具有弹性调谐和阻尼耗能功能，能够降低加工过程的频响峰值，提高加工稳定性和临界切削深度。