CN202021499U - 基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置，它包括底板(1)和隔振平台(9)；在底板(1)和隔振平台(9)之间的四个角上共固定安装有四组套筒，在每组套筒内均安装有磁流变阻尼器(3)，磁流变阻尼器(3)的外面套装有弹簧(5)；在底板(1)和隔振平台(9)的内表面均安装有拾振传感器(8)。本实用新型具有以下优点：结构简单，便于拆装；稳定性高；响应速度快，振动控制范围广，效果明显等；拾振传感器、测控***对机床运行过程实时监测，对磁流变阻尼器输入电流实时调节，达到机床在切削状态下振动最优控制。本实用新型可广泛用于对振动环境有特殊要求的隔振领域，尤其适用于精密、超精密加工机床。

Description

基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置

技术领域

本实用新型涉及一种隔振装置，尤其是一种基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置。

背景技术

一直以来，振动、温度与污染是影响精密、超精密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。机床的振动除了用于零件加工外，其余基本上都是有害的。机床振动将导致被加工零件表面质量和加工精度的降低、刀具使用寿命缩短，从而导致生产效率下降；同时还将带来加工***松动、机床零件过早疲劳破坏等问题，使加工***的安全性、可靠性降低。另外，振动产生的噪声对工人以及环境都有影响。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，机床的振动带来的负面效应也日益突出，因此，良好的抗振性已经成为衡量现代机床性能的重要指标之一。对基础振动进行有效隔离，是提高精密机床加工精度和表面质量的必要条件。由于被动控制装置结构简单易于实现，因而一般机床的振动隔离多采用被动控制装置。但是对于精密机床，被动控制显得有些力不从心，一者被动控制很难隔离低频振动，二者阻尼降低隔振效率但又对降低共振振幅起极大作用，被动控制无法解决此矛盾。当前，单一的被动隔振技术已无法满足机床精密加工的需求。主动减振***可使得机床在各种不同运行状态和外界激励输入情况下，进行刚度和阻尼实时调节以取得良好的振动控制效果，但是，由于主动减振***的复杂性、高成本和高能耗，其实用性和广泛应用受到了极大的限制。因此，研究新的技术以解决被动与主动隔振技术的不足之处，是势在必行的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置，减少外界震源所产生的振动对机床的干扰，以提高隔振效果，进而保证机床稳定运转，提高精密机床的加工精度和使用寿命。

本实用新型的技术方案：本实用新型基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置，包括底板和隔振平台；在底板和隔振平台之间的四个角上共固定安装有四组套筒，在每组套筒内均安装有磁流变阻尼器，磁流变阻尼器的外面套装有弹簧；在底板和隔振平台的内表面均安装有拾振传感器。

所述的套筒包括相互嵌套的上套筒和下套筒，上套筒的上底面与隔振平台用螺栓固定连接，下套筒的下底面与底板用螺栓固定连接，在下套筒的筒壁上设置有台阶；在上套筒和下套筒之间安装有直线轴承，上套筒和下套筒的水平方向通过该直线轴承进行定位，同时该直线轴承卡固在所述的台阶上，通过台阶对直线轴承进行垂直定位。

所述的磁流变阻尼器包括缸筒，在缸筒的下端通过螺纹连接有后端盖，后端盖固定在下套筒的下底面上；在缸筒内还设置有浮动活塞；在后端盖与浮动活塞之间设置有小弹簧，使得磁流变阻尼器底部形成空气补偿；浮动活塞上方为活塞头，活塞头可以上下运动，供该活塞头上下运动的空间为磁流变阻尼器活塞头行程室，活塞头上缠绕有漆包线，即缠绕线圈，活塞头的上端通过螺纹连接有活塞杆；在缸筒的上端连接有前端盖，且该前端盖通过压盖螺母套在活塞杆上，活塞杆通过螺母穿插固定在上套筒和隔振平台上。

所述的缸筒的外面套有防尘套。

所述的弹簧的上端为自由端，下端为固定端，该下端与下套筒的内底面焊接固定。

该装置还包括由依次连接的传感器信号调理电路单元、信号采集器、ARM控制器和电流驱动器组成的测控***；传感器信号调理电路单元的另一端与拾振传感器连接；电流驱动器的另一端与磁流变阻尼器连接。

相比较现有技术，本实用新型具有以下优点：

1、由于采用嵌套形式，使整个装置分为上下部分，结构简单，便于拆装；

2、由于上套筒和下套筒采用嵌套形式，并采用了直线轴承，使整个装置只局限于上下运动，防止摇摆失稳，大大提高了装置的稳定性；

3、由于采用的磁流变阻尼器具有对阻尼力无级可调的性质，因此它具有输出的阻尼力精度高，响应速度快，振动控制范围广，控制效果明显等优点；

4、由于采用了拾振传感器实时监测机床运行过程中振动情况，测控***基于采样的振动信号分析后，对磁流变阻尼器的输入电流进行实时调节，实现了对机床振动的反馈控制，使得机床运行时的动态特性满足精密切削加工要求；

5、由于该装置采用了平台式结构，因此便于与机床装备之间的安装。

研究表明，本实用新型的机床半主动隔振装置可使机床加工精度提高1～2个数量级，同时该半主动隔振装置结构简单、工作可靠、应用成本低。拾振传感器、测控***通过对机床运行过程中动态特性实时监测，实现对磁流变阻尼器输入电流实时调节，以达到机床在切削状态下振动最优控制；基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置与复杂机电装备或其它被控对象之间的安装、拆卸简便。本实用新型可广泛用于对振动环境有特殊要求的隔振领域，尤其适用于精密、超精密加工机床。因此，本实用新型的基于通过测控***实时改变隔振***阻尼的机床半主动减振装置势必会倍受关注并得到广泛应用。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图；

附图2为本实用新型的磁流变阻尼器放大剖面结构示意图；

附图3为本实用新型的工作原理示意图。

具体实施方式

本实用新型的实施例：如图1所示，本实用新型的基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置，包括底板1和隔振平台9；在底板1和隔振平台9之间的四个角上共固定安装有四组套筒，每组套筒包括相互嵌套的上套筒6和下套筒2，上套筒6的上底面与隔振平台9用螺栓固定连接，下套筒2的下底面与底板1用螺栓固定连接，在下套筒2的筒壁上设置有台阶；在上套筒6和下套筒2之间安装有直线轴承4，上套筒和下套筒的水平方向通过该直线轴承进行定位，同时该直线轴承卡固在所述的台阶上，通过台阶对直线轴承进行垂直定位。在套筒内均安装有磁流变阻尼器3，磁流变阻尼器3的外面套装有弹簧5，弹簧5的下端为固定端，该下端与下套筒2的内底面焊接固定，而弹簧5的上端为自由端，方便拆装。在底板1和隔振平台9的内表面均安装有拾振传感器8。磁流变阻尼器3的结构如图2所示，包括缸筒310，在缸筒310的下端通过螺纹连接有后端盖301，后端盖301固定在下套筒2的下底面上；在缸筒310内还设置有浮动活塞303；在后端盖301与浮动活塞303之间设置有小弹簧302，在磁流变阻尼器3底部形成空气补偿；在浮动活塞303的上方为活塞头305，活塞头305上绕有缠绕线圈304，在活塞头305的上端通过螺纹连接有活塞杆309；在缸筒310的上端连接有前端盖306，且该前端盖306通过压盖螺母307套在活塞杆309上，活塞杆309通过螺母7穿插固定在上套筒6和隔振平台9上，即活塞杆309穿过上套筒6和隔振平台9，用螺母7拧紧固定。缸筒310的外面套有防尘套308。

如图3所示，该装置还包括由依次连接的传感器信号调理单元、信号采集器、ARM控制器和电流驱动器组成的测控***；传感器信号调理单元的另一端与拾振传感器8连接；电流驱动器的另一端与磁流变阻尼器3连接。

本实用新型的机床半主动隔振装置的工作原理是：隔振平台9受到震源的激励产生振动，拾振传感器8将外界激励产生的振动信号转换成电信号并输入到传感器信号调理单元，传感器信号调理单元对接收到的模拟电信号进行消噪、滤波处理，去除无用的干扰信号；信号采集器对传感器信号调理单元调理后的电压信号进行模数转换，转换后的数字信号传输到AMR控制器中，AMR控制器嵌入的PID控制、模糊控制等算法经过计算和处理，输出对应控制指令，并将其转换为模拟电信号，传输至电流驱动器；电流驱动器根据接收到的电压信号输出相应大小的电流，并传输至磁流变阻尼器3中的缠绕线圈304；在缠绕线圈304电流作用下，缠绕线圈304、活塞头305和缸筒310及磁流变液构建一磁场，磁流变液在该磁场中流动时其阻尼系数实时改变，并使得磁流变阻尼器输出的阻尼力可控，最终达到半主动隔振的目的。

为确保隔振平台9始终处于水平方向，所以在每个设计环节都必须尽可能的做到安装后的紧密性，下套筒2与底板1的装配以及上套筒6与隔振平台9的装配都要尽可能的做到紧密配合；由于考虑到上套筒6和下套筒2之间有相对的运动，同时又要保证良好的紧密性，所以采用了直线轴承4使下套筒2起到对上套筒6垂直导向作用的同时，又尽量减小与上套筒6之间的摩擦，直线轴承4使得上套筒6沿着竖直方向具有较大位移，可以承受较大的振动。弹簧5下端与下套筒2内底面焊接固定，而弹簧5上端不需固定，这是为了方便拆装；磁流变阻尼器3的活塞杆309穿过上套筒6和隔振平台9，用拧紧螺母7拧紧，使活塞头305随隔振平台的振动而上下运动，使活塞头305实时感应振动信息；磁流变阻尼器3下端通过螺栓与下套筒2和底板1固定连接，确保磁流变阻尼器3的垂直度和紧密性。实际应用时隔振平台9上端固定有机床，因此隔振平台9可以作出特定的结构以便与机床之间的固定。

Claims (6)

1.一种基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置，其特征在于：该装置包括底板(1)和隔振平台(9)；在底板(1)和隔振平台(9)之间的四个角上共固定安装有四组套筒，在每组套筒内均安装有磁流变阻尼器(3)，磁流变阻尼器(3)的外面套装有弹簧(5)；在底板(1)和隔振平台(9)的内表面均安装有拾振传感器(8)。

2.根据权利要求1所述的基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置，其特征在于：所述的套筒包括相互嵌套的上套筒(6)和下套筒(2)，上套筒(6)的上底面与隔振平台(9)用螺栓固定连接，下套筒(2)的下底面与底板(1)用螺栓固定连接，在下套筒(2)的筒壁上设置有台阶；在上套筒(6)和下套筒(2)之间安装有直线轴承(4)，该直线轴承(4)卡固在所述的台阶上。

3.根据权利要求1所述的基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置，其特征在于：所述的磁流变阻尼器(3)包括缸筒(310)，在缸筒(310)的下端通过螺纹连接有后端盖(301)，后端盖(301)固定在下套筒(2)的下底面上；在缸筒(310)内还设置有浮动活塞(303)；在后端盖(301)与浮动活塞(303)之间设置有小弹簧(302)；在浮动活塞(303)的上方为活塞头(305)，活塞头(305)上绕有缠绕线圈(304)，在活塞头(305)的上端通过螺纹连接有活塞杆(309)；在缸筒(310)的上端连接有前端盖(306)，且该前端盖(306)通过压盖螺母(307)套在活塞杆(309)上，活塞杆(309)通过螺母(7)穿插固定在上套筒(6)和隔振平台(9)上。

4.根据权利要求3所述的基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置，其特征在于：所述的缸筒(310)的外面套有防尘套(308)。

5.根据权利要求1所述的基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置，其特征在于：所述的弹簧(5)的上端为自由端，下端为固定端，该下端与下套筒(2)的内底面焊接固定。

6.根据权利要求1所述的基于磁流变阻尼技术的机床半主动隔振装置，其特征在于：该装置还包括由依次连接的传感器信号调理单元、信号采集器、ARM控制器和电流驱动器组成的测控***；传感器信号调理单元的另一端与拾振传感器(8)连接；电流驱动器的另一端与磁流变阻尼器(3)连接。

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