一种基于反共振原理的智能隔振机床的制作方法
一种基于反共振原理的智能隔振机床的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种隔振装置，尤其是涉及一种基于反共振原理的智能隔振机床。
【背景技术】
[0002] 随着机械加工技术的快速发展，机床已得到了普遍应用。由工作要求，在机床加工 作业中难免产生振动及噪声，这不仅给加工人员带来心理及生理上的不适，同时严重影响 机床的加工精度。对于上述情况，对机床进行振动控制是十分有必要的。目前对于机床对基 建振动传递的控制方法主要是使用隔振器，通常是在机床与地面间添加隔振片，这在一定 程度上抑制了振动向地面的传递，但效果并不十分明显，此外由于无法解决机床振动问题， 对加工零件的精度仍无法从根本上解决。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为解决机床振动造成的噪声以及加工精度低的问题，提供一种基 于反共振原理的智能隔振机床。
[0004] 本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是： 一种基于反共振原理的智能隔振机床，包括机床本体、用于检测机床本体振动频率的 检测装置和隔振装置，检测装置和隔振装置均安装在机床本体上，检测装置的信号输出端 连接在隔振装置上以便于通过检测装置检测到的振动频率信号来调整隔振装置的固有频 率，所述的隔振装置包括可控电源、U型架、磁流变弹性体和反共振块，U型架包括两个平行 设置的竖直杆和一横杆，两个竖直杆垂直固定在横杆的同一侧构成U型架，横杆远离竖直 杆的一侧固定在机床本体上，两个竖直杆上对称的套设有一对励磁线圈，两个竖直杆上还 对称的穿设有一对预紧螺栓，两个预紧螺栓伸入U型架内的一端夹紧磁流变弹性体以便于 将磁流变弹性体固定在U型架内，反共振块的一端卡设在磁流变弹性体内，所述的可控电 源通过电线连接在励磁线圈上以便于通电后形成的磁场穿过磁流变弹性体，可控电源的信 号输入端与检测装置连接以通过检测装置检测的振动频率信号变化调整可控电源的电流 强度实现磁流变弹性体的固有频率的调整。
[0005] 所述的检测装置包括加速度传感器和频谱分析仪，加速度传感器安装在机床本体 上以便于检测机床本体的振动情况，加速度传感器的信号传递给频谱分析仪以便于检测出 机床本体的振动频率，频谱分析仪传递信号给可控电源以便于改变可控电源电流强度从而 改变磁流变弹性体的固有频率。
[0006] 利用反共振原理将机床振动能量进行转移，抑制机床的振动，提高机床的加工精 度，同时防止振动向地面传递，降低噪声。
[0007] 基于反共振原理，将机床及隔振装置等效为二自由度模型，如图1所示。机床在简 谐激振力作用下的位移为*1，共振块位移为A，由振动力学理论可知，其运动方程如式1 ;
求解可得机床振幅为：
2 由上式可知，Jt3-IWje2=O时，即
时，机床振幅最小为零。故当共振块的固有 频率等于外界激振频率时，可以充分利用反共振原理降低机床振动。通过调节共振块的连 接刚度可以改变其共有频率，扩宽隔振频带。
[0008] 为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现： 隔振装置包括吸能块，智能弹性元件，励磁线圈及电源。其中智能弹性元件为片状，机 床下部设置U形基架，基架上缠有产生磁场的励磁线圈，U形基架的开口处通过安装预紧螺 栓安装有一对夹板，夹板之间通过智能弹性元件夹持有吸能块。
[0009] 所述智能弹性元件采用磁流变弹性体。
[0010] 所述机床上设置有对机床振动信息采集的加速度传感器。
[0011] 所述励磁线圈连接有可控电源。
[0012] 本发明的有益效果是： 1、隔振效果明显。理论状态下可以完全消除机床振动，实现对地面的完全隔振。
[0013] 2、隔振频带范围宽。所述磁流变弹性体具有刚度可调性能，通过对其通过磁场的 控制可有效拓宽隔振频带。
[0014] 3、相对于传统做法，从根本上抑制了机床振动，从而有效提高了机床的加工精度。
[0015]
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的设计原理图。
[0017] 图2为本发明的安装结构示意图。
[0018] 图3为本发明中隔振装置的局部放大示意图。
[0019] 图4为本发明中机床本体频域响应图。
[0020] 图5为本发明中机床本体时域响应图。
[0021] 图示标记：1、频谱分析仪，2、机床本体，3、加速度传感器，4、励磁线圈，5、磁流变弹 性体，6、U型架，7、预紧螺栓，8、反共振块，9、可控电源。
【具体实施方式】
[0022] 图1-图5所示，【具体实施方式】如下： 一种基于反共振原理的智能隔振机床，包括机床本体2、用于检测机床本体振动频率的 检测装置和隔振装置，检测装置和隔振装置均安装在机床本体2上，检测装置的信号输出 端连接在隔振装置上以便于通过检测装置检测到的振动频率信号来调整隔振装置的固有 频率，所述的隔振装置包括可控电源9、U型架6、磁流变弹性体5和反共振块8,U型架6包 括两个平行设置的竖直杆和一横杆，两个竖直杆垂直固定在横杆的同一侧构成U型架6,横 杆远离竖直杆的一侧固定在机床本体2上，两个竖直杆上对称的套设有一对励磁线圈4,两 个竖直杆上还对称的穿设有一对预紧螺栓7,两个预紧螺栓7伸入U型架6内的一端夹紧磁 流变弹性体5以便于将磁流变弹性体5固定在U型架6内，反共振块8的一端卡设在磁流 变弹性体5内，所述的可控电源9通过电线连接在励磁线圈4上以便于通电后形成的磁场 穿过磁流变弹性体5,可控电源9的信号输入端与检测装置连接以通过检测装置检测的振 动频率信号变化调整可控电源9的电流强度实现磁流变弹性体5的固有频率的调整。
[0023] 所述的检测装置包括加速度传感器3和频谱分析仪1，加速度传感器3安装在机床 本体2上以便于检测机床本体2的振动情况，加速度传感器3的信号传递给频谱分析仪1 以便于检测出机床本体2的振动频率，频谱分析仪1传递信号给可控电源9以便于改变可 控电源9电流强度从而改变磁流变弹性体5的固有频率。
[0024] 如图2所示，本发明包括刚度可调单元即为磁流变弹性体5,励磁线圈4,U型架6， 预紧螺栓7,反共振块8,可控电源9。U型架固定在机床上，可变刚度单元通过预紧螺栓的 预紧作用夹紧反共振块，励磁线圈附缠在U型架上，加电流后形成磁场穿过磁流变弹性体。 传感器3采集机床的振动信号，并通过频谱分析仪得到机床所受激励的频率。通过调节可 控电源的电流大小可以控制磁场强度，进而改变磁流变弹性体的刚度，以实现减振装置的 固有频率。
[0025] 具体工作中，当机床工作时，开始振动，传感器采集机床振动信号，通过频谱分析 仪得知其振动频率。此时根据电流与反共振装置固有频率的关系调节电流大小，以改变其 固有频率，使其等于激振频率，以此将能量转移到反共振块上，减小机床的振动，提高其加 工精度。图4为机床的幅频特性曲线，由曲线可知，通过反共振块的减振作用，幅值可以达 到最小，通过调节刚度很好拓宽了减振频带。图5为机床的时域响应图。开始阶段反共振 块固有频率不等于机床振动频率，通过调节电流改变其固有频率，机床振幅明显降低。
[0026] 本发明所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本发明所列举的技术方案和 实施方式等同或者效果相同方案都在本发明所保护的范围内。
【主权项】
1. 一种基于反共振原理的智能隔振机床，其特征在于：包括机床本体（2)、用于检测机 床本体振动频率的检测装置和隔振装置，检测装置和隔振装置均安装在机床本体（2)上，检 测装置的信号输出端连接在隔振装置上以便于通过检测装置检测到的振动频率信号来调 整隔振装置的固有频率，所述的隔振装置包括可控电源（9)、U型架（6)、磁流变弹性体（5) 和反共振块（8)，U型架（6)包括两个平行设置的竖直杆和一横杆，两个竖直杆垂直固定在 横杆的同一侧构成U型架（6)，横杆远离竖直杆的一侧固定在机床本体（2)上，两个竖直杆 上对称的套设有一对励磁线圈（4)，两个竖直杆上还对称的穿设有一对预紧螺栓（7)，两个 预紧螺栓（7)伸入U型架（6)内的一端夹紧磁流变弹性体（5)以便于将磁流变弹性体（5) 固定在U型架（6)内，反共振块（8)的一端卡设在磁流变弹性体（5)内，所述的可控电源（9) 通过电线连接在励磁线圈（4)上以便于通电后形成的磁场穿过磁流变弹性体（5)，可控电 源（9)的信号输入端与检测装置连接以通过检测装置检测的振动频率信号变化调整可控电 源（9)的电流强度实现磁流变弹性体（5)的固有频率的调整。2. 根据权利要求1所述的一种基于反共振原理的智能隔振机床，其特征在于：所述的 检测装置包括加速度传感器（3)和频谱分析仪（1 )，加速度传感器（3)安装在机床本体（2) 上以便于检测机床本体（2)的振动情况，加速度传感器（3)的信号传递给频谱分析仪（1)以 便于检测出机床本体（2)的振动频率，频谱分析仪（1)传递信号给可控电源（9)以便于改变 可控电源（9)电流强度从而改变磁流变弹性体（5)的固有频率。
【专利摘要】一种基于反共振原理的智能隔振机床，包括机床本体、用于检测机床本体振动频率的检测装置和隔振装置，检测装置和隔振装置均安装在机床本体上，检测装置的信号输出端连接在隔振装置上以便于通过检测装置检测到的振动频率信号来调整隔振装置的固有频率，利用反共振原理将机床振动能量进行转移，抑制机床的振动，提高机床的加工精度，同时防止振动向地面传递，降低噪声。
【IPC分类】B23Q11/00
【公开号】CN104889808
【申请号】CN201510307975
【发明人】宋伟志, 高强, 周辉, 李洲稷
【申请人】洛阳理工学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月8日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种隔振装置，尤其是涉及一种基于反共振原理的智能隔振机床。
【背景技术】
[0002] 随着机械加工技术的快速发展，机床已得到了普遍应用。由工作要求，在机床加工 作业中难免产生振动及噪声，这不仅给加工人员带来心理及生理上的不适，同时严重影响 机床的加工精度。对于上述情况，对机床进行振动控制是十分有必要的。目前对于机床对基 建振动传递的控制方法主要是使用隔振器，通常是在机床与地面间添加隔振片，这在一定 程度上抑制了振动向地面的传递，但效果并不十分明显，此外由于无法解决机床振动问题， 对加工零件的精度仍无法从根本上解决。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为解决机床振动造成的噪声以及加工精度低的问题，提供一种基 于反共振原理的智能隔振机床。
[0004] 本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是： 一种基于反共振原理的智能隔振机床，包括机床本体、用于检测机床本体振动频率的 检测装置和隔振装置，检测装置和隔振装置均安装在机床本体上，检测装置的信号输出端 连接在隔振装置上以便于通过检测装置检测到的振动频率信号来调整隔振装置的固有频 率，所述的隔振装置包括可控电源、U型架、磁流变弹性体和反共振块，U型架包括两个平行 设置的竖直杆和一横杆，两个竖直杆垂直固定在横杆的同一侧构成U型架，横杆远离竖直 杆的一侧固定在机床本体上，两个竖直杆上对称的套设有一对励磁线圈，两个竖直杆上还 对称的穿设有一对预紧螺栓，两个预紧螺栓伸入U型架内的一端夹紧磁流变弹性体以便于 将磁流变弹性体固定在U型架内，反共振块的一端卡设在磁流变弹性体内，所述的可控电 源通过电线连接在励磁线圈上以便于通电后形成的磁场穿过磁流变弹性体，可控电源的信 号输入端与检测装置连接以通过检测装置检测的振动频率信号变化调整可控电源的电流 强度实现磁流变弹性体的固有频率的调整。
[0005] 所述的检测装置包括加速度传感器和频谱分析仪，加速度传感器安装在机床本体 上以便于检测机床本体的振动情况，加速度传感器的信号传递给频谱分析仪以便于检测出 机床本体的振动频率，频谱分析仪传递信号给可控电源以便于改变可控电源电流强度从而 改变磁流变弹性体的固有频率。
[0006] 利用反共振原理将机床振动能量进行转移，抑制机床的振动，提高机床的加工精 度，同时防止振动向地面传递，降低噪声。
[0007] 基于反共振原理，将机床及隔振装置等效为二自由度模型，如图1所示。机床在简 谐激振力作用下的位移为*1，共振块位移为A，由振动力学理论可知，其运动方程如式1 ;
求解可得机床振幅为：
2 由上式可知，Jt3-IWje2=O时，即
时，机床振幅最小为零。故当共振块的固有 频率等于外界激振频率时，可以充分利用反共振原理降低机床振动。通过调节共振块的连 接刚度可以改变其共有频率，扩宽隔振频带。
[0008] 为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现： 隔振装置包括吸能块，智能弹性元件，励磁线圈及电源。其中智能弹性元件为片状，机 床下部设置U形基架，基架上缠有产生磁场的励磁线圈，U形基架的开口处通过安装预紧螺 栓安装有一对夹板，夹板之间通过智能弹性元件夹持有吸能块。
[0009] 所述智能弹性元件采用磁流变弹性体。
[0010] 所述机床上设置有对机床振动信息采集的加速度传感器。
[0011] 所述励磁线圈连接有可控电源。
[0012] 本发明的有益效果是： 1、隔振效果明显。理论状态下可以完全消除机床振动，实现对地面的完全隔振。
[0013] 2、隔振频带范围宽。所述磁流变弹性体具有刚度可调性能，通过对其通过磁场的 控制可有效拓宽隔振频带。
[0014] 3、相对于传统做法，从根本上抑制了机床振动，从而有效提高了机床的加工精度。
[0015]
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的设计原理图。
[0017] 图2为本发明的安装结构示意图。
[0018] 图3为本发明中隔振装置的局部放大示意图。
[0019] 图4为本发明中机床本体频域响应图。
[0020] 图5为本发明中机床本体时域响应图。
[0021] 图示标记：1、频谱分析仪，2、机床本体，3、加速度传感器，4、励磁线圈，5、磁流变弹 性体，6、U型架，7、预紧螺栓，8、反共振块，9、可控电源。
【具体实施方式】
[0022] 图1-图5所示，【具体实施方式】如下： 一种基于反共振原理的智能隔振机床，包括机床本体2、用于检测机床本体振动频率的 检测装置和隔振装置，检测装置和隔振装置均安装在机床本体2上，检测装置的信号输出 端连接在隔振装置上以便于通过检测装置检测到的振动频率信号来调整隔振装置的固有 频率，所述的隔振装置包括可控电源9、U型架6、磁流变弹性体5和反共振块8,U型架6包 括两个平行设置的竖直杆和一横杆，两个竖直杆垂直固定在横杆的同一侧构成U型架6,横 杆远离竖直杆的一侧固定在机床本体2上，两个竖直杆上对称的套设有一对励磁线圈4,两 个竖直杆上还对称的穿设有一对预紧螺栓7,两个预紧螺栓7伸入U型架6内的一端夹紧磁 流变弹性体5以便于将磁流变弹性体5固定在U型架6内，反共振块8的一端卡设在磁流 变弹性体5内，所述的可控电源9通过电线连接在励磁线圈4上以便于通电后形成的磁场 穿过磁流变弹性体5,可控电源9的信号输入端与检测装置连接以通过检测装置检测的振 动频率信号变化调整可控电源9的电流强度实现磁流变弹性体5的固有频率的调整。
[0023] 所述的检测装置包括加速度传感器3和频谱分析仪1，加速度传感器3安装在机床 本体2上以便于检测机床本体2的振动情况，加速度传感器3的信号传递给频谱分析仪1 以便于检测出机床本体2的振动频率，频谱分析仪1传递信号给可控电源9以便于改变可 控电源9电流强度从而改变磁流变弹性体5的固有频率。
[0024] 如图2所示，本发明包括刚度可调单元即为磁流变弹性体5,励磁线圈4,U型架6， 预紧螺栓7,反共振块8,可控电源9。U型架固定在机床上，可变刚度单元通过预紧螺栓的 预紧作用夹紧反共振块，励磁线圈附缠在U型架上，加电流后形成磁场穿过磁流变弹性体。 传感器3采集机床的振动信号，并通过频谱分析仪得到机床所受激励的频率。通过调节可 控电源的电流大小可以控制磁场强度，进而改变磁流变弹性体的刚度，以实现减振装置的 固有频率。
[0025] 具体工作中，当机床工作时，开始振动，传感器采集机床振动信号，通过频谱分析 仪得知其振动频率。此时根据电流与反共振装置固有频率的关系调节电流大小，以改变其 固有频率，使其等于激振频率，以此将能量转移到反共振块上，减小机床的振动，提高其加 工精度。图4为机床的幅频特性曲线，由曲线可知，通过反共振块的减振作用，幅值可以达 到最小，通过调节刚度很好拓宽了减振频带。图5为机床的时域响应图。开始阶段反共振 块固有频率不等于机床振动频率，通过调节电流改变其固有频率，机床振幅明显降低。
[0026] 本发明所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本发明所列举的技术方案和 实施方式等同或者效果相同方案都在本发明所保护的范围内。
【主权项】
1. 一种基于反共振原理的智能隔振机床，其特征在于：包括机床本体（2)、用于检测机 床本体振动频率的检测装置和隔振装置，检测装置和隔振装置均安装在机床本体（2)上，检 测装置的信号输出端连接在隔振装置上以便于通过检测装置检测到的振动频率信号来调 整隔振装置的固有频率，所述的隔振装置包括可控电源（9)、U型架（6)、磁流变弹性体（5) 和反共振块（8)，U型架（6)包括两个平行设置的竖直杆和一横杆，两个竖直杆垂直固定在 横杆的同一侧构成U型架（6)，横杆远离竖直杆的一侧固定在机床本体（2)上，两个竖直杆 上对称的套设有一对励磁线圈（4)，两个竖直杆上还对称的穿设有一对预紧螺栓（7)，两个 预紧螺栓（7)伸入U型架（6)内的一端夹紧磁流变弹性体（5)以便于将磁流变弹性体（5) 固定在U型架（6)内，反共振块（8)的一端卡设在磁流变弹性体（5)内，所述的可控电源（9) 通过电线连接在励磁线圈（4)上以便于通电后形成的磁场穿过磁流变弹性体（5)，可控电 源（9)的信号输入端与检测装置连接以通过检测装置检测的振动频率信号变化调整可控电 源（9)的电流强度实现磁流变弹性体（5)的固有频率的调整。2. 根据权利要求1所述的一种基于反共振原理的智能隔振机床，其特征在于：所述的 检测装置包括加速度传感器（3)和频谱分析仪（1 )，加速度传感器（3)安装在机床本体（2) 上以便于检测机床本体（2)的振动情况，加速度传感器（3)的信号传递给频谱分析仪（1)以 便于检测出机床本体（2)的振动频率，频谱分析仪（1)传递信号给可控电源（9)以便于改变 可控电源（9)电流强度从而改变磁流变弹性体（5)的固有频率。
【专利摘要】一种基于反共振原理的智能隔振机床，包括机床本体、用于检测机床本体振动频率的检测装置和隔振装置，检测装置和隔振装置均安装在机床本体上，检测装置的信号输出端连接在隔振装置上以便于通过检测装置检测到的振动频率信号来调整隔振装置的固有频率，利用反共振原理将机床振动能量进行转移，抑制机床的振动，提高机床的加工精度，同时防止振动向地面传递，降低噪声。
【IPC分类】B23Q11/00
【公开号】CN104889808
【申请号】CN201510307975
【发明人】宋伟志, 高强, 周辉, 李洲稷
【申请人】洛阳理工学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月8日
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