[发明专利]一种基于主动局域共振型弹性波超材料的减振刀杆

说明书

本发明涉及一种基于主动局域共振型弹性波超材料的减振刀杆，包括杆体及固定于杆体前端的刀头，杆体设置有内腔，杆体内设置有至少一个主动弹性波超材料单元，各主动弹性波超材料单元两侧分别设置有产生调节主动弹性波超材料单元带隙频率的电磁场的电磁铁，杆体外设置有控制电磁场强度的数字信号控制系统。采用上述方案，本发明提供一种减振效果好的基于主动局域共振型弹性波超材料的减振刀杆。

技术领域

本发明涉及刀具领域，具体涉及一种基于主动局域共振型弹性波超材料的减振刀杆。

背景技术

在金属切削加工中，刀具振动一直是影响加工精度的重要因素之一。尤其是在加工具有深孔、薄壁等形貌特征的零件时，刀具的振动对加工质量影响愈发突出。现有的减振刀具设计按其振动控制原理分类主要有，一类是被动减振，主要利用阻尼装置或阻尼材料耗散刀具的振动能量，此类减振刀具不具备调节能力，适用的切削参数范围相对较小；二类是主动减振，主要利用工作频率可调的减振基础上添加一套闭环控制系统，实时测量切削工况并进行反馈调整，以达到对刀具振动的精准控制，适用的工作频率与采用的可调的减振基础相关，如基于压电材料的动力吸振器，可以实现特定频率的振动吸收，但是受限于刀具几何尺寸，其可调整的频率范围有限，在低频率范围减振效果较差。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种减振效果好的基于主动局域共振型弹性波超材料的减振刀杆。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：包括杆体及固定于杆体前端的刀头，其特征在于：所述的杆体设置有内腔，所述的杆体内设置有至少一个主动弹性波超材料单元，各所述的主动弹性波超材料单元两侧分别设置有产生调节主动弹性波超材料单元带隙频率的电磁场的电磁铁，所述的杆体外设置有控制电磁场强度的数字信号控制系统。

通过采用上述技术方案，弹性波超材料是一种新型人造材料，它的一种重要特性即带隙特性，在其带隙频率范围内，弹性波能量会被极大的衰减，而基于局域共振型的弹性波超材料可以突破布拉格散射原理的尺寸限制，可以实现小尺寸控制大波长，在低频减振领域具有广泛应用前景。本方案采用则采用上述特性，给电磁铁通电即可调节弹性波超材料带隙频率，根据外部振动激励频率调整弹性波超材料带隙频率，实现刀具低频与宽频振动衰减；在安装多个主动弹性波超材料单元时，通过控制不同主动弹性波超材料单元中的电流，使各个块中的超材料带隙频率不同，可以实现复频振动吸收，从而扩宽带隙频率范围。

本发明进一步设置为：所述的主动弹性波超材料单元内包括呈立方周期阵列的主动弹性波超材料单胞，各所述的主动弹性波超材料单胞包括中心具有空腔的基体，所述的空腔中心设置有磁质质心，所述的磁质质心横向两侧、纵向两侧及竖向两侧分别设置有连接磁质质心和基体的弹性体。

通过采用上述技术方案，主动弹性波超材料单胞参考传统三相弹性波超材料结构，利用永磁体作为主动弹性波超材料单胞质心，通过外部磁场施加对磁质质心的可调外部力，以此调节主动弹性波超材料单胞的带隙频率，通过人工设计的单胞结构，以较小尺寸控制较低频率的有害振动。

本发明进一步设置为：所述的主动弹性波超材料单元的数量为两个以上，相邻的所述的主动弹性波超材料单元之间共用一个产生各自电磁场的电磁铁。

通过采用上述技术方案，相邻的主动弹性波超材料单元共用一个电磁铁，使结构更为紧凑，合理利用内腔空间。

本发明进一步设置为：所述的杆体包括包围主动弹性波超材料单元及电磁铁的隔磁罩，所述的隔磁罩的内部空间即为内腔，所述的隔磁罩内除主动弹性波超材料单元及电磁铁外的空间由阻尼粘结材料填充固定。

通过采用上述技术方案，隔磁罩在内腔四周为主动弹性波超材料单元形成稳定电磁环境，保证减振效果，同时配合阻尼粘结材料，进一步优化减振效果。

本发明进一步设置为：所述的内腔设置有引线通道，所述的引线通道内设置有将电磁铁与数字信号控制系统连接的引线。