Análisis de tecnología de patentes de Zhejiang Mingxu: un sistema de supresión de vibración acoplada rígida flexible para mecanizado de componentes de paredes delgadas (no. Patente: ZL 2023 2 2998408.x)

Antecedentes técnicos y puntos de dolor de la industria

En el metroetroecanizado de precisión de tubos de paredes delgadas (como tubos hidráulicos aeroespaciales y cámaras de reacción de semiconductores), los sistemas de sujeción de un solo extremo tradicionales sufren de dos problemas centrales:

l Supresión insuficiente de charlas: el extremo libre experimenta vibraciones forzadas con amplitudes de 5-20 μ m bajo excitación de fuerza de corte (Fuente de datos: CIRP Annals 2021, 70 (1), 357-360), lo que resulta en valores de RA de rugosidad de la superficie que se deterioran por encima de 3.2 μ M (estándar ISO 4288);

l Deseficiente de rigidez dinámica: el soporte de un solo punto hace que la rigidez modal del sistema sea inferior a 1 × 10 ³ N/mm, con riesgos de resonancia significativos a velocidades críticas (análisis de teoría de vibración DIN 1311).

Análisis de innovación de tecnología central

I. Sistema de supresión de vibraciones de varios grados de libertad

1.1 Estructura de topología de restricción de tres puntos

Ruedas de soporte dual inferior (12):

l Utilice cuerpos de rueda de acero de cromo alto en carbono (GCR15) con radios de curvatura que coincida con el diámetro exterior de la pieza de trabajo (tolerancia ± 0.02 mm), ángulos de contacto de 60 ° ± 1 ° , y tensiones de contacto optimizadas de 80-120MPA a través de la teoría de contacto de Hertzian;

l Los ejes de las ruedas incorporan rodamientos de bolas de contacto angular (7206b, precarga de 50n), con un resplandor radial inferior a 2 μ M (estándar ISO 492).

Rueda de presión ajustable superior (26):

l Aplicar la fuerza de precarga dinámica F = 200 ± 10n a través de un resorte de presión (31) para el control de la fuerza de circuito cerrado;

l Surface de la rueda a presión vestida con láser con recubrimiento WC-10CO, con un coeficiente de fricción μ≤ 0.08 (prueba ASTM G99).

1.2 Diseño de mejora de la rigidez dinámica

Placa guía en forma de T (15) y ranura móvil (14):

l Emplear los ajustes H6/G5 para limitar el desplazamiento horizontal a menos de 5 μ m, con resortes de amortiguación (10) (rigidez k = 50n/mm ± 5%) en la dirección vertical;

l El análisis modal muestra que la frecuencia natural de primer orden del sistema aumenta a 325Hz (98Hz para estructuras tradicionales), evitando bandas de frecuencia de excitación de corte típicas (80-250Hz).

II. Sistema de control de fuerza adaptativa

2.1 Mecanismo de regulación de bucle de doble cierre

Ajuste de precarga axial:

l Utilice un tornillo de plomo (27) con un tono p = 1 mm, combinado con un resorte de presión (31) para lograr una resolución de micro-alimentación de 0.05-0.2 mm;

l Después de bloquear con un tercer bloqueo (29), la rigidez axial alcanza 2.5 × 10 ⁴ N/mm (prueba ISO 10791-2).

Compensación dinámica radial:

l Base móvil (16) equipada con guías lineales (HGW25CA, repetibilidad ± 1 μ m) para ± Compensación de accidente cerebrovascular de 15 mm;

l Control vinculado con un servomotor (35), con un tiempo de respuesta de menos de 50 ms (basado en el algoritmo PID).

2.2 Ruta de disipación de energía de vibración

Estructura de amortiguación compuesta:

l Las arandelas antideslizantes (9) utilizan materiales laminados de metal de goma nitrilo (factor de pérdida TAN δ = 0.25);

l La tasa de atenuación de la vibración del sistema se incrementa a 18dB/s (en comparación con 6dB/s para estructuras tradicionales, según ISO 10816-3).

Tabla de comparación de parámetros técnicos

Validación típica del escenario de mecanizado

Caso 1: molienda de tubos de paredes delgadas aeroespacial de titanio

l En condiciones de n = 3000rpm y F = 0.1 mm/rev, el control de amplitud se mantiene en ＜ 3 μ m ( ＞ 15 μ m con accesorios tradicionales);

l El error de redondez de mecanizado es ≤ 2 μ M (ASME B89.3.4 El estándar requiere ≤ 5 μ metro).

Caso 2: perforación de pared interna de cámaras de cuarzo de semiconductores

l Aceleración de la vibración del proceso de mecanizado es ＜ 0.5 g ( ＞ 2.5g con sistemas tradicionales);

l La vida útil de la herramienta se extiende a 380 hoyos/borde (el promedio de la industria es de 120 hoyos/borde).

Esta patente establece un nuevo paradigma para la supresión de vibraciones en el mecanizado de componentes de paredes delgadas a través de tres vías tecnológicas principales: topología de restricción dinámica multibuerpo, control de circuito cerrado de fuerza adaptativa y diseño de amortiguación compuesta. Verificado por simulaciones multifísicas de COMSOL, el sistema logra la pérdida de transmisión de vibración ＞ 15dB dentro de una amplia banda de frecuencia de 2000-5000Hz, alcanzando el nivel de supresión de vibraciones del mecanizado de cuchillas aerodinámicas.

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