机床半主动减振系统设计文献综述

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1、文献综述机床半主动减振系统设计1前言（说明设计或论文的目的、意义，介绍有关概念）1.1论文设计的目的及意义随着经济的不断发展和科技的进步，机床也有了突飞猛进的发展，不过由于人们在生中，对产品的质量精度的要求越来越高，而高精密仪器或者生产设备由于各方面的客观或者主观因素的影响，导致产品质量不能满足要求而成为了废品，大大提高了生产成本。振动、温度与污染是影响数控机床加工精度的3个重要因素，而振动是影响机床加工尺寸误差和重复性的首要因素[1,2]。如在车削加工过程中，工件和刀具之间常常发生强烈的振动，破坏和干扰了正常的切削加工，是一种极其有害的现象

2、。当机床发生振动时，工件表面质量恶化，产生明显的表面振纹，工件的粗糙度增大，必须降低切削用量，因而机床的工作效率也随之大大降低。强烈振动时，严重时机床会产生崩刃现象，使切削加工过程无法进行下去。由于振动，将使机床和刀具磨损加剧，从而缩短机床和刀具的使用寿命；振动并伴随有噪音，使工作环境恶化，危害工人身心健康。车床振动可分为自由振动、强迫振动和自系振动，据测算，这三类振动分别占5%，30%，65%。随着现代生产技术的发展，机床行业面临着高精度、高速度、高效率和被切削材料多样化的要求，对零件的加工质量的要求也越来越高，在金属切削加工中，振动危害极

3、大。不仅产生噪音，而且严重影响机床加工性能和加工工件质量。尤其对于超精密数控机床使用金刚石刀具进行超精密切削时，要求机床工作极其平稳，振动极小，否则很难保证获得较高的加工精度和超光滑的表面质量[3-7]。而传统的减振器在工作过程中不能进行动态特性的实时调节，弹簧力和阻尼力完全取决于弹簧刚度和减振对象的相对速度。减振器的设计凭经验进行，不能兼顾各种工况，只适用于特定的机床与工艺条件。因此，本项目的研究目的就是设计并制造出一种能进行动态特性的实时调节的机床半主动用减振器，从而消除或减少振动，提高产品加工精度，提高生产效率，降低生产成本。机床的加工

4、精度还直接关乎产品的质量，尤其超精密机床的加工水平直接影响着精密仪器仪表、国防工业以及微细工程的发展。因而本项目对超精密机床床身的精密减振技术的研究，有效地隔离外在的、内在的各种振动干扰影响，提高超精密机床的加工精度，使整个机械行业得到一次质的飞跃，同时，这对我国国防工业和民用工业的发展，促进国民经济发展，增强国家综合实力具有重要意义[8,9]。1.2有关概念1.2.1磁流变液磁流变液(Magneto2rheologicalFluids,简称MRF)是1948年由Rabinow发明的一种可控液体，它的研究是当今国际智能材料领域的一个重要分支[

5、10]。MRF是铁磁性颗粒在基液中组成的悬浮液，是一种混合物质。其特点是：在外加磁场作用下其流变特性发生急剧变化，可由流动性良好的液体状态在短时间(毫秒级)内粘度增大，呈现类似固体的状态，其强度由剪切屈服应力来表征，并且它的表观粘度和屈服应力会随外界磁场强度的变化而变化；这种变化是连续、可逆的,即一旦去掉磁场后，又复原变成可以流动的液体。基于这一特性设计成的MRF器件具有响应快、结构简单、能耗低等许多优良性能,在工程技术领域具有广泛的应用前景。磁流变液应用装置的工作模式目前大体有三种，即流动模式，剪切模式和挤压模式[11]。流动模式如图1所示

6、。在这种情况下，磁流变液被控制在固定磁极之间。在P1和P2压力差的作用下发生流动。通过对磁场强度的控制，使磁流变液的粘度发生变化，导致P1和P2之间的压力差发生变化，从而实现对阻尼力的控制，剪切模式如图2所示。这种模式是磁极有相对平移运动。磁流变液受剪切力F的作用，通过改变磁场强度来改变剪切阻力的大小，挤压模式如图3所示。这种模式是磁极间有垂直方向相对位移，磁流变液受拉压应力的交替作用。当改变磁场强度时，磁流变液的粘度发生变化使磁极位移需要的外力F就发生变化。1.2.2半主动控制减振器半主动控制减振器由无源可控的阻尼或弹簧元件组成，通过改变刚

7、度和阻尼力使减振器始终处于最佳减振状态，其结构简单，造价低廉，且不消耗动力，性能接近主动控制减振器，但控制装置却类似于被动控制装置，是极具发展前景的振动控制系统。磁流变减振器就是一种典型的半主动控制器件，它通过一个外加可控磁场来改变阻尼液的阻尼，从而可以自动调节减振器的刚度和阻尼力。2主题（阐明有关主题的背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述）2.1背景随着科学技术的日益发展，在各个领域，特别是汽车、航空航天以及国防等尖端领域，对于零件的加工精度要求越来越高，这对制造业提出了更加苛刻的要求。尤其是居于重要地位的精密、超精密加工技术，它的发

8、展直接关乎到国家的国防建设。在超精密机床加工中，基础的振动以及主轴的转动将激励机床振动，而振动是影响加工质量的关键因素之一[12]。为了减小机床的振动，一方面是改善