精密机床半主动减振系统设计文献综述

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1、文献综述精密机床半主动减振系统设计1前言部分机床是现代制造技术的工作母机，在某种意义上，一个国家机床设计和制造水平的高低，决定着这个国家整个制造业水平的高低。在信息革命的推动下，现代工业技术发展迅猛。现代机床正向高速、大功率、高精度的方向发展。随着机床向高速度、大功率和高精度方向的发展，除了要求机床重量轻、成本低、使用方便和具有良好的工艺性能以外，而着重要求机床具有愈来愈高的加工性能。而机床的加工性能又与其动态特性紧密相关。[1-3]。机床的振动与机床的动态性能密切相关。机床的动态性能是指机床运转之后振动、噪声、热变形与磨损等性能的总称。但长期以来主要指的是机床的振动性能，

2、即主要指机床抵抗振动的能力[4]。振动不仅能激发噪声，而且还能通过固体直接作用于人体，危害身体健康。轻微的振动就会影响精密设备的正常使用，无法保证加工质量要求。而强烈的振动甚至还会损害机器和建筑物，可能会引起精密机床中某些灵敏电器产生误动作，将造成精密机床中的刀具、精密部件受到损坏，从而造成重大事故。早期的机床减振控制主要是通过对主结构采取减振、隔振、吸振等措施，后来，通过对结构进行动力学优化设计来减小其振动响应。这些方法称为被动控制，其本质上都是直接改变结构整体的动力学特性(如质量、刚度和阻尼的大小及分布)来降低主结构在工作时的动力响应。这些方法一般要求己知结构工作时所受

3、激励的特性，因为设计一旦完成就不能更改，缺乏对环境的适应性，但其优点是简单、可靠、无能耗需求[5-6]。同样机床的主动隔振技术也有很大的局限性：一是主动隔振系统需要设计一套较复杂的自动控制系统，还要有一套支持控制系统工作的能源机构，系统稳定性和可靠性差;二是主动隔振装置一般造价过于昂贵，而不能得到广泛应用[7]。随着数控机床产品不断向高精度、高刚度、高速度方向发展，对数控机床主轴部件动态特性的要求越来越高，数控机床主轴部件静、动态特性的分析及其结构参数优化研究就显得越来越重要，然而被动控制或者主动控制开始显得无能为力。于是我们将目光投向控制性能更好、适应性更强的半主动控制技

4、术。半主动控制是指有少量外加能源的控制，虽然其控制力也是由控制装置本身的运动而被动地产生，但在控制过程中，控制装置能由外加能源主动调整本身的参数，从而起到调节控制力的作用。半主动控制也称混合控制，这种控制方式的控制效果接近于主动控制，但控制装置却类似于被动控制装置，结构简单，造价低，是极具发展前景的振动控制系统。研究半主动控制系统的关键是开发出经济实用、性能优越的控制元件。本文研究的是基于ARM处理器的半主动减震系统[6-7]。2主题部分振动控制早在二十世纪初就已应用于机械行业，而后又广泛应用于航天和运输工程中，到二十世纪七十年代又开始应用到土木工程中。振动控制的迅速发展是

5、从第二次世界大战后开始的，可以分为三个发展阶段。从二十世纪五十年代起，主动控制技术相继取得了三项重大突破，就是机翼颤振的主动阻尼，磁浮轴承控制离心机转子振动和惯性仪表测试装置的主动控制。上述诸项成就显示出主动控制技术的优越特性，吸引了各行各业的专家从事此项技术的研究。因此，二十世纪五、六十年代成为主动控制的重点突破阶段。而二十世纪七十年代则是主动控制减振的广泛探索阶段。进入二十世纪八十年代后，主动控制技术在航天结构的减振，大型土木工程结构减振和各种高速车床的减振等方面的前景己经明朗在这些领域的研究显著加强于是主动控制减振进入了重点攻关阶段。国外随着科学技术的进步，特别是在智

6、能材料与结构、动态试验与分析、现代信号分析与处理技术、计算机技术等飞速发展的推动下，有关基于ARM处理器设计精密机床半主动减振系统（包括系统建模、仿真、优化等）不断取得进展，新的理论、方法与技术不断出现，同时促进了相关应用系统的研究与开发，并且已开发出许多优秀的器件和应用系统，可以为机电产品与设备的振动和冲击进行预测或进行振动控制，以保证机电设备具有良好的动态特性和良好的环境适应性，以提高机械设备的总体性能和总体水平。近年来，国外对机床的动态特性及机床的振动都做了很多研究：如VelagaR.Reddy[8]等人利用有限元法对车床主轴建模，并以轴承间隙，轴承刚度及工件直径大小

7、为设计参数，对其进行静、动态分析。K.W.Wang和C.H.Chen[9]对高速主轴一轴承系统的动力学特性进行了详细研究，指出在高速条件下滚动轴承的刚度随转速的升高而降低，导致主轴系统的固有率随之下降。文献[10]对磁致伸缩作动器进行了比较详细的论述,并用6个磁致伸缩作动器组成的Stewart平台进行六自由度振动主动控制实验研究。反馈信号为加速度和力,控制算法采用自适应控制。实验结果显示,对于56.2Hz的干扰,采用主动控制可获得30dB的衰减效果,但文中并没有给出具体的加速度值。T.Takagami用空气弹簧实现