电流变液减振器及其在切削颤振控制中应用的研究现状

　　0　引　言

　　切削颤振是加工过程中切削刀具与工件间发生的一种自激振动,它不仅严重影响工件的表面质量,降低生产率,而且它发出的高频噪声还会损害人的健康。随着数控机床技术、柔性制造系统(FMS)等先进制造技术的发展,在自动化加工环境中切削颤振的危害已显得日益突出,因此发展切削颤振在线监控技术势在必行。

　　目前在振动控制领域,半主动控制技术既可以实时调控系统的参数,同时又不需外加的动力源,因此已越来越受到工业界的青睐。但在金属切削加工中,半主动控制系统中的可调式动力减振器有的无法在线调整以适应加工过程的变化,有的则因结构庞大而不便推广应用,所以寻求响应快、具有可控性的调节执行介质是半主动控制技术在切削颤振中成功应用的关键,而智能材料中的电流变液则能很好地满足上述要求。我国国家自然科学基金委员会的雷源忠、黎明[1]在1995年首次提出了利用电流变技术控制机床切削颤振的新命题,并设计了两种应用电流变效应减振的概念性模型,为机床切削颤振控制指出了一条新的途径。以电流变液体为工作介质的可调动力减振器被称为电流变液减振器。近年来,随着电流变液体材料性能的不断提高,电流变液减振器在液压传动系统和自动控制装置,如离合器、阀门、开关、飞机、汽车和机器人等领域中的应用已卓有成效[2-4]。

　　本文的目的是介绍电流变液减振器在机床切削颤振控制领域中应用的国内外研究状况,其中涉及到电流变液、电流变效应的机理及电流变液减振器的工作方式等相关内容。

　　1　电流变液及电流变效应

　　1.1电流变液

　　电流变液(Electrorheological Fluid,简称ERF)通常是由具有较高介电常数的固体颗粒(分散相)分布于具有较低介电常数的绝缘液体(分散介质)中形成的一种悬浮液。现已被用做分散相的固体粒子有以下几种:(1)无机非金属粒子;(2)有机半导体材料粒子;(3)高分子有机半导体材料粒子;(4)复合材料粒子。对于作为介质的基础液体,一般采用硅油、植物油、煤油、矿物油和卤代烃等。为了改善电流变液的性能,还可在其中加入能提高悬浮颗粒稳定性和表面活性的添加剂。常用的添加剂有水、酸、碱、盐类物质和表面活性剂等。

　　1.2电流变效应

　　电流变效应是发展电流变减振技术的基础和科学依据。所谓电流变效应是指电流变液体的流变性质(如表观粘度、剪切应力等)会随外加电场强度的变化而变化的现象。电流变效应具有下述特征:

　　(1)可逆性　当电场强度增加时,电流变液体的表观粘度会逐步增大,甚至会出现类似固体的某些属性;但当电场消除后,电流变液体又可由类固态恢复至液体状态,这种液相和固相之间的转换是可逆的。