[发明专利]基于剪切工作模式的外圆车削颤振磁流变减振系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种车削加工减振系统，尤其是一种外圆车削颤振磁流变减振系统。

背景技术

切削颤振是机床闭环切削系统的动态不稳定现象，它发生在切削刀具与工件之间，是制约现代制造业加工水平提高的重要因素。在车削加工中，对长径比较大的轴类零件，如发动机内的曲轴、凸轮轴等进行外圆车削时很容易发生颤振，如何提高该类零件的加工质量和生产效率、降低加工过程中出现的颤振已成为机械制造业亟待解决的重要课题之一。

根据颤振防治理论，在机械加工系统中附加减振装置是有效控制切削颤振的主要途径之一。为此，国内外学者进行了大量的研究工作，采用的控制方式可以归纳为三类，即被动控制、主动控制和半主动控制。其中，被动控制结构简单、可靠性好，但由于其结构确定后系统参数就不能在线调整而难以适应切削状态的变化；而主动控制则可以根据不同的工况对控制系统参数进行在线调整，但其具有成本高、稳定性差及控制算法复杂等问题；半主动控制介于主动控制和被动控制之间，它可以通过在线实时调整减振装置的阻尼和刚度等动态参数来抑制振动，既具有主动控制适应性强的特点，又具有被动控制能耗低、可靠性高的优势。近年来发展起来的智能材料，由于其优良的机电耦合特性，已被越来越多地作为减振装置的调节执行介质应用于半主动控制系统中。

智能材料是指一类能够对外界环境变化进行瞬时主动响应的材料。它们一般可通过外加的某一刺激信号（例如电场、温度等），改变材料的一些固有特性（例如刚度、阻尼），且具有可控性、可逆性、快速响应特性及能耗低等特点。1999年《International Journal of Machines Tools and Manufacture》杂志报道王民等人在镗刀杆里填充电流变液研制了智能型镗削刀杆，通过调节施加在电流变液上的电场强度来改变整个镗杆的动态特性，从而实现了镗削颤振的在线抑制；2000年《机械工程学报》刊登了王茂华等人研制的铣刀心轴电流变液减振装置，该装置安装在卧式铣床心轴上，当发生铣削颤振时，在线调整作用在电流变减振装置上的电场强度来改善铣刀系统的动态特性，以达到抑制铣削颤振的目的。利用上述电流变减振装置虽可对切削颤振进行有效控制，但目前研制出的大多数电流变液的剪切屈服强度均较低，2003年香港科技大学和中科院物理所联合研制的巨电流变液是已有报道中电致屈服强度最高的，但该材料仍处于实验室阶段，离成批量的商业生产尚有一段距离。而与电流变材料工作原理类似的磁流变材料由于具有屈服应力较高（50～100kPa）、控制电压较低等优点，目前被认为是该类减振装置中较为理想的调节介质。2006年浙江大学的梅德庆等人申请的发明专利将磁流变效应引入镗削加工中，研制了基于磁流变液的自抑振智能镗杆系统；针对车削加工，2007年徐平等人在常规的磁流变液中添加泡沫金属，研制了可用于抑制切断车削颤振的磁流变——泡沫金属阻尼器，然而对于车削过程中加工量较大且容易发生颤振的细长轴类零件的外圆车削颤振，该减振器则无能为力。

发明内容

本发明是要提供一种基于剪切工作模式的外圆车削颤振磁流变减振系统，该系统根据磁流变液在外加磁场下可在液、固态之间连续、快速、可逆转化的特性，将其应用于车床横拖板上，通过改变施加在磁流变液上的磁感应强度，对车床横拖板的动力学参数（如阻尼、刚度等）进行在线实时调节，从而有效地抑制外圆车削颤振的发生。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于剪切工作模式的外圆车削颤振磁流变减振系统，由固定在车床横拖板上的滑动磁极组件，固定在床鞍侧平面上的固定磁极组件，加速度传感器，电荷放大器和程控直流电源和计算机组成，其特点是：滑动磁极组件包括上限位槽、连接板、上隔板、上磁极，连接板下面可调连接上限位槽，上限位槽下面通过上隔板固定连接两块上磁极；固定磁极组件包括下限位槽、两个侧面下磁极、中间下磁极、下底板和下箱体，下限位槽与下箱体定位固定连接，下限位槽内过盈配合连接中间下磁极，箱体的内侧面上分别固定连接两个侧面下磁极；在侧面下磁极和中间下磁极外表面上的方形凹槽内横向缠绕有励磁线圈，在上磁极、侧面下磁极和中间下磁极之间注入磁流变液；加速度传感器安装在车床横拖板的前端，并通过电缆线依次与电荷放大器、计算机及程控直流电源连接，直流电源与励磁线圈相连。

上磁极、侧面下磁极和中间下磁极均为长方体。上磁极、侧面下磁极和中间下磁极为软铁磁性材料，上限位槽、上隔板、连接板、下箱体、下底板均为非导磁材料。

折叠式防尘罩用螺钉分别固定在上限位槽与下箱体上。