简介随着数控机床和精密加工的发展，滚动直线导轨副作为机床的关键功能部件使用 越来越广泛，其对数控机床的加工精度起着非常重要的作用。 钳制器是滚动直线导轨副中 保证快速制动和安全运行的重要装置，能保证数控机床安全可靠的工作。 常开型钳制器制 动块和导轨表面有一定的间隙，需要制动时通过气缸驱动楔形块以带动制动块和导轨表面 相互接触，并通过钳制器楔形块提供的强大的摩擦制动力来达到制动的目的。钳制器在制 动的开始和终止状态时因为存在间隙会产生刚性冲击和振动，因此迫切需要找到对钳制器 制动过程中的振动和冲击进行有效控制的方法。 目前比较成熟的方法是对钳制器的楔形块曲线进行优化，由楔形块曲线来控制制 动块的运动，进而减少制动时间和制动过程中产生的冲击，但不能完全避免冲击的产生，不 能从根本上解决钳制器制动过程中因存在空行程而导致振动和冲击的问题。 同时，数控机 床在切削加工过程中，因存在工作台进给方向的动态切削力，会引起进给方向的加工振动 从而降低工件加工精度。 采用摩擦阻尼减振技术，一方面通过合理设计阻尼器结构消除钳制 器制动块与导轨间的间隙以消除空行程和冲击振动，另一方面提高导轨副阻尼减振性能， 抑制切削振动，提高加工精度。阻尼减振被广泛应用在机械振动控制系统中，是比较成熟的振动控制方法， 是通过在系统中加入阻尼吸振部件来达到减振抑振的效果。阻尼器的种类很多，包括质量 调谐阻尼器，液体阻尼吸振器、冲击阻尼吸振器和摩擦阻尼器等。摩擦阻尼器作为一种耗能 装置，耗能能力强，振动频率的大小对减振性能影响不大，且结构简单。为了控制钳制器制 动过程中的冲击和工作台进给方向切削振动，基于辅助弹性支承机构使得制动块与 导轨表面在不制动时紧密贴合并保持合理的摩擦力水平，使之进行阻尼减振，而制动时由 于不存在间隙，可以消除冲击振动，实现快速平稳制动。 滚动直线导轨钳制器的摩擦阻尼减振方法有弹性阻尼减振结构的钳制器工作原理图。 图中：1、气缸活塞，2、楔形块，3、减振弹簧，4、弹簧支架，5、制动块，6、复位弹簧，7、 滚柱。 基于本发明的阻尼减振钳制器安装示意图。图中：8、调节螺栓，9、滚柱支架，10、钳制器主体，11、导轨。 工作台进给方向动力学模型。 图中：12、工作台 钳制器安装及工作示意图。 图中:13、导轨滑块，14、钳制器 摩擦力与工作台进给方向动力放大因子的关系图。 气缸 活塞1、楔形块2、减振弹簧3、弹簧支架4、制动块5、复位弹簧6、滚柱7、调节螺栓8、滚柱支架 9、钳制器主体10、导轨11、工作台12、导轨滑块13、钳制器14；导轨11的两侧为制动块5，制动块5通过弹簧支架4紧固，弹簧支架4的两端对称设 有减振弹簧3，制动块5和弹簧支架4间通过减振弹簧3弹性连接，并使减振弹簧3处于合理的 压缩范围；楔形块2的一侧与复位弹簧6连接，楔形块2通过滚柱7与弹簧支架4相连接；气缸活塞1与楔形块2相连接；
上式中，xm是工作台进给方向振动幅值，δst是工作台动态切削力幅值引起的工作 台进给方向静态位移。在不同摩擦力与动态切削力幅值之比下计算得到的动力放大 因子随动态切削力频率变化的情况。
由图可见，随力比γ的增加，系统共振区域的动力放大 因子被有效控制。
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工作台12通过导轨滑块13安装在导轨11上；钳制器14固定在工作 台12的底面上，钳制器14通过制动块5与导轨11保持接触。工作台12进给运动时，钳制器14随工作台12运动，同时与导轨11间产生摩擦阻尼 以抑制工作台12进给方向的振动。钳制器14制动时，通过气缸活塞1驱动楔形块2压紧制动 块5，给导轨11施加制动力以实现工作台12的制动。当制动块5磨损比较大时，通过调节螺栓 8来补偿制动块5的磨损量，同时也保持制动块5和摩擦副表面合理摩擦力值。钳制器14在非制动状态时，即工作台12运动状态下，通过摩擦阻尼减振方式控制 工作台12进给方向振动；钳制器14在制动状态下，在制动的初始阶段通过减振弹簧3传递钳 制器的夹持力，减小制动时间和冲击。
以进给方向动态切削力幅值和制动块5与导轨11间滑动摩擦力之比为优化设计目 标，合理设计弹簧弹性力实现在钳制器非制动状态时，即工作台12运动时，导轨11与制动块 5间通过摩擦阻尼以实现最大限度地抑制工作台12进给方向振动的目的。摩擦阻尼优化方法 首先建立滚动直线导轨副工作台进给方向动力学模型，该动力学模型的主要 动力学参数为工作台等效质量(m)，工作台驱动刚度(k)，除钳制器摩擦阻尼外的机械系统 阻尼系数(c)，制动块和导轨间滑动摩擦力(f)和进给方向动态切削力(F)，工作台振动位移 (x)是工作台相对于其当前运动位置(vt，v是工作台运动速度，t运动时间)的相对振动位 移。滚动直线导轨工作台进给方向固有频率ωn＝(k/m)^0 .5，不含摩擦阻尼的机械系统阻尼 比ξ0＝c/2/(mk)^0 .5。
