一种剪切式磁流变车削减振器的设计与减振试验

　　切削加工中的振动现象严重影响了零件表面质量并降低了加工效率。在精密加工、自动化加工日益普及的背景下，如何高效地控制切削振动已经成为越来越多学者们关注的问题。有研究人员采用附加动力吸振装置来抑制振动［1 －3］，这种方法需要针对特定的加工过程建立合理的切削系统模型并精确地设计吸振器的参数来达到良好的减振效果，但这很难应对复杂多变的切削过程。也有学者试图改变切削参数［4 －6］制切削振动，此法对于机床电机及供电线路的负荷有较大要求，且调整切削参数往往降低了加工效率。

　　对于智能材料 － 磁流变液的流变特性的研究结果给切削减振的研究指明了新的方向。磁流变液在磁场作用下几乎瞬时改变流变特性———剪切屈服应力增加两个数量级以上，即呈现类似固态的力学特性，从而提高了其阻尼、刚度。利用这种特性将它设计到切削系统关键环节中，通过低压电源产生磁场，改变切削系统刚度和阻尼可实现切削振动的半主动控制。这种方法具有能耗低、成本小、控制方法简单的优势。

　　实际上，已有学者利用磁流变、电流变材料进行机械加工振动控制的研究。王民等［7］将电流变液应用于镗削加工，研制了一种具有在线可调动态特性的智能化镗杆，通过连续小范围地改变镗削系统固有频率，成功地实现了切削颤振的在线抑制。张永亮等［8］研制设计了一种控制切削颤振的电流变减振器，利用所研制的车床横刀架电流变液减振器可以对切削颤振进行有效的预报控制。Mei 等［9］研制了基于磁流变液的镗削振动控制系统，进行了不同主轴转速下的减振试验，结果表明在 1Hz 方波激励电流下减振效果明显: 工件表面振纹消除且镗杆端部的振动加速度值下降。Sajedipour等［10］利用磁流变材料进行了车床加工振动控制的理论研究，搭建了附加磁流变减振装置的车削仿真系统，并设计了模糊控制器来自动计算并加载激励电流，仿真结果表明磁流变减振器能够抑制车削颤振并改善车削加工的稳定性。

　　以往将磁流变液应用于车削加工振动控制的实验研究较少。基于此，本文尝试将磁流变材料的流变特性应用于普通 CA6140 车床的车削减振，研制出了基于磁流变效应的剪切式车削减振器的结构，并利用动力学分析从理论上验证了减振器的减振效果。通过磁路理论分析确定了磁路部件的材料，并运用 ANSYS 的APDL 语言编写了磁路优化设计程序，对减振器磁路进行了优化。同时，建立了基于磁流变材料的外圆车削减振试验系统，试验证明磁流变车削减振器能有效地改善车削振动问题。