Analisi della tecnologia dei brevetti di Zhejiang Mingxu: un sistema di soppressione delle vibrazioni accoppiate flessibili rigide per la lavorazione dei componenti a parete sottile (brevetto: ZL 2023 2 2998408.x)

Background tecnico e punti deboli del settore

Nella lavorazione di precisione di tubi a parete sottile (coMe tubi idraulici aerospaziali e caMere di reazione a semiconduttore), i tradizionali sistemi di bloccaggio a end singoli soffrono di due problemi fondamentali:

l Soppressione delle chiacchiere insufficienti: le esperienze di fine libera hanno forzato vibrazioni con ampiezze di 5-20 μ M Under Taking Force Excitation (fonte di dati: CIRP Annals 2021, 70 (1), 357-360), con conseguente rugosità superficiale RA I valori che si deteriorano fino a 3,2 μ M (standard ISO 4288);

l Squilibrio di rigidità dinamica: il supporto a punto singolo fa sì che la rigidità modale del sistema sia inferiore a 1 × 10 ³ N/mm, con rischi di risonanza significativi a velocità critiche (analisi della teoria delle vibrazioni Din 1311).

Analisi dell'innovazione tecnologica principale

I. Sistema di soppressione delle vibrazioni a più gradi di libertà

1.1 Struttura della topologia del vincolo a tre punti

Ruote a doppia supporto inferiore (12):

l Utilizzare corpi ruote in acciaio ad alto contenuto di carbonio (GCR15) con raggi di curvatura che abbinano il diametro esterno del pezzo (tolleranza ± 0,02 mm), angoli di contatto di 60 ° ± 1 ° e stress di contatto ottimizzati di 80-120MPA attraverso la teoria dei contatti hertziani;

l Gli alberi delle ruote incorporano i cuscinetti a sfera di contatto angolare (7206b, precarico di 50n), con runout radiale inferiore a 2 μ M (standard ISO 492).

Ruota a pressione regolabile superiore (26):

l Applica la forza di precarico dinamico f = 200 ± 10n tramite una molla di pressione (31) per il controllo della forza a circuito chiuso;

l Ruota a pressione Surface Laser-rivestito con rivestimento WC-10CO, con un coefficiente di attrito μ≤ 0,08 (test ASTM G99).

1.2 Design di miglioramento della rigidità dinamica

Tavola guida a forma di T (15) e slot mobile (14):

l Impiegare H6/G5 si adatta per limitare lo spostamento orizzontale a meno di 5 μ M, con molle tampone (10) (rigidità K = 50n/mm ± 5%) nella direzione verticale;

l L'analisi modale mostra che la frequenza naturale del primo ordine del sistema è aumentata a 325Hz (98Hz per strutture tradizionali), evitando bande di frequenza di eccitazione del taglio tipiche (80-250Hz).

Ii. Sistema di controllo della forza adattiva

2.1 Meccanismo di regolamentazione a doppio circuito

Regolazione del precarico assiale:

l Utilizzare una vite di piombo (27) con un passo P = 1 mm, combinato con una molla di pressione (31) per ottenere una risoluzione di micro alimentazione 0,05-0,2 mm;

l Dopo aver chiuso con un terzo serio (29), la rigidità assiale raggiunge 2,5 × 10 ⁴ N/mM (test ISO 10791-2).

Compensazione dinamica radiale:

l Base mobile (16) dotata di guide lineari (HGW25CA, ripetibilità ± 1 μ m) per ± Compensazione della corsa da 15 mm;

l Controllo collegato con un servo motore (35), con un tempo di risposta inferiore a 50 ms (basato sull'algoritmo PID).

2.2 Percorso di dissipazione dell'energia di vibrazione

Struttura di smorzamento composito:

l Rondelle anti-slip (9) Utilizzare i materiali in laminato in gomma nitrile (abbronzatura del fattore di perdita Δ = 0,25);

l Il tasso di attenuazione delle vibrazioni del sistema è aumentato a 18db/s (rispetto a 6db/s per le strutture tradizionali, basato su ISO 10816-3).

Tabella di confronto dei parametri tecnici

Convalida tipica dello scenario di lavorazione

Caso 1: fresatura di tubi a parete in lega di titanio aerospaziale

l In condizioni di n = 3000 rpm e f = 0,1 mm/rev, il controllo dell'ampiezza viene mantenuto a ＜ 3 μ m ( ＞ 15 μ m con apparecchi tradizionali);

l L'errore di rotondità di lavorazione è ≤ 2 μ M (lo standard ASME B89.3.4 richiede ≤ 5 μ M).

Caso 2: perforazione a parete interna di camere di quarzo a semiconduttore

l L'accelerazione delle vibrazioni del processo di lavorazione è ＜ 0,5 g ( ＞ 2,5 g con sistemi tradizionali);

l La durata dello strumento è estesa a 380 fori/bordo (la media del settore è di 120 fori/bordo).

Questo brevetto stabilisce un nuovo paradigma per la soppressione delle vibrazioni nella lavorazione dei componenti a parete sottile attraverso tre principali percorsi tecnologici: topologia di contenimento dinamico multibody, controllo a circuito chiuso adattivo e progettazione di smorzamenti compositi. Verificato da simulazioni multifisiche COMSOL, il sistema raggiunge la perdita di trasmissione delle vibrazioni ＞ 15 dB all'interno di un'ampia banda di frequenza di 2000-5000Hz, raggiungendo il livello di soppressione delle vibrazioni della lavorazione della lama aero-motori.

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