电流变减振器用于铣床振动控制的试验研究

　　电流变液(electrorheological fluid)是一种智能材料,它是由细微的固体颗粒(1～100μm)均匀分散在低导电率或绝缘的低粘度母液中制得的悬浮液。当在悬浮液中施加电场时,液体的表观粘度可增加几个数量级。当电场强度达到一定值时,悬浮液由液态迅速转为类固态,具有抗剪切能力;当外加电场撤去后,又迅速回复到液态。具有粘度可变、变化迅速可逆、能耗小和便于计算机控制等优点,特别适用于振动控制,在实现机床振动实时控制方面具有广阔的应用前景[1～4]。

　　电流变液通常由3部分组成:①基础流体(分散介质)。要求绝缘性好,零电场时粘度小,目前最常用的为硅油。②固体微颗粒(分散相)。要求粒度小,介电常数高。目前常用的有有机半导体类、硅酸盐类、有机含水材料(如淀粉)、无机含水材料(如硅胶)及微晶等。③添加剂。固体或液体的表面活性剂。性能良好的电流变液应具有如下特性:零电场时的粘性系数小,屈服应力小;电流变效应明显,达到固化状态的电场强度低;基础流体的绝缘性好,化学性能稳定;不沉淀、无毒、无腐蚀、价廉、不含水。笔者研制了一种用于铣床颤振控制的电流变减振器,并进行了试验研究。在试验中使用了2种自制的电流变液体。为叙述方便,将用淀粉配制的电流变液体称为Ⅰ号电流变液,用硅铝酸盐配制的电流变液称为Ⅱ号电流变液。

　　1　电流变减振器和试验装置

　　图1为试验装置简图,由X62型万能卧式升降台铣床、测试仪器及电流变减振器组成。电流变减振器所需的高压电由一高压直流电源提供,电压为0～5000V连续可调,功率为5W,电流为0～5mA。刀杆系统是铣床加工系统的主振系统,刀杆为Φ22mm。电流变减振器的外壳采用有机玻璃板制成,内外电极均采用双面覆铜板制作。有3片内电极板和2片外电极板,内外电极之间的距离为2mm。电流变减振器安装在由锤击试验测得的刀杆振动响应最大处[5]。

　　2　试验过程和结果分析

　　铣削试验系统框图见图2,铣削振动控制试验的振动信号由安装在电流变减振器左侧支承板上的加速度计1拾取,见图1。

　　为了测试电流变减振装置的减振效果和研究电流变液的种类对减振效果的影响,本文分别采用Ⅰ号电流变液和Ⅱ号电流变液进行铣削振动控制试验。试验条件如下:铣刀类型:圆柱铣刀50×60,N19;刀齿几何形状:前角γo=10°,后角αo=8°;铣刀材料:高速钢;试件材料:45钢;试件宽度:b=54 mm。

　　(1)试验1铣削用量取为转速n=300r/min,背吃刀量aP=1.5mm,进给速度vf=37.5mm/min,采用Ⅰ号电流变液。图3和图4分别是在施加0、1.5kV/mm场强条件下进行铣削试验时记录的刀杆系统振动响应时域图和自功率谱图。图5是在不加电压的条件下切削一段时间以后,施加1.5kV/mm场强进行振动控制试验时得到的刀杆系统振动响应时域图。图6是在施加2.5kV/mm场强条件下进行铣削试验记录的刀杆系统振动响应时域图及自功率谱图。