论文部分内容阅读
精密高效、成本低廉的深孔钻削技术是当今航空航天、新能源装备制造和高新技术产业对深孔零件加工提出的迫切需要。但到目前为止,这类零件的制造方法仍以传统深孔钻削加工为主,孔质量的可控性较差。深孔钻削质量的调控本质上是一个“动态”问题,它与影响钻削过程中刀具系统振动特性的各种干扰因素密切相关。尽管人们采用了稳定域法、被动控制及主动控制等多种方法来减少加工过程中的有害振动,但至今尚未获得令人满意的解决方案。因此,如何精准、低成本地控制刀具的动态行为,进而形成预定加工品质的深孔制件就成为了深孔钻削研究的热点问题。由于深孔加工品质与刀具振动模态密切相关,本文建立了一种基于独立模态空间特征的深孔钻削刀具振动抑制算法。通过对深孔钻削刀具系统动力学方程进行模态解耦和截断,将刀具在物理空间的振动特征转入到模态空间,并将模态滤波器估计出的模态位移和模态速度信息引入到反馈增益矩阵,搭建起对深孔钻削刀具有害振动模态的实时“精确打击”架构,从而避免了传统物理空间所需控制参量多且相互耦合的缺陷。为了改善模态控制过程中的可观性与可控性,提出了一种基于刀具系统模态特征的传感器/阻尼器位置优化算法。该算法将有效独立法(EFI)、模态保证准则(MAC)以及最小溢出法(MSM)紧密结合,不仅有效增加了独立模态控制系统的可靠性,且极大地降低了刀具振动抑制的成本。在此基础上,构建了基于独立模态空间特征的深孔钻削刀具振动抑制算法,并利用dSPACE软硬件系统完成模态抑制验证实验系统的搭建。最后,通过对刀具系统不同阶数的模态施加振动控制力,实现了加工制件内孔圆度误差的有效控制,证实了本文所提出的传感器/阻尼器位置优化算法及振动控制架构的有效性。该研究不仅为实际深孔加工中孔品质的靶向调控提供了技术保证,而且还为解决其它弱刚度结构(例如:悬臂梁,板,壳体,叶片等)的振动抑制问题提供有益借鉴。