针对切削颤振控制的新型阻尼器设计、优化与实验研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lionschen2009
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机床切削系统的稳定性,是实现机械加工自动化、智能化的关键因素。在切削过程中,刀具与工件之间产生的自激振动会降低加工质量,缩短刀具使用寿命,严重影响了加工质量。本文对单阻尼器、多重阻尼器以及双级阻尼器的切削颤振控制特性进行了理论建模及数值计算,并且对单阻尼器与双级阻尼器在镗削过程中切削颤振进行了理论和实验研究,取得了显著的效果,最后将阻尼器颤振控制的应用推广到多自由度系统中。   首先,根据切削再生颤振理论,得到稳定切削的临界切深由切削系统频响函数负实部决定的结论。基于此提出了采用数值优化算法,以最小化切削系统频响函数负实部的最大值为优化目标的切削颤振稳定性最优控制策略。   其次,采用该优化策略,分别对单阻尼器、多重阻尼器以及双级阻尼器的刚度及阻尼参数进行数值优化,并通过MATLAB仿真出不同阻尼器情况下的切削稳定性图,比较得到各阻尼器的切削颤振控制性能。最终得出结论,在质量比同为5%的情况下,相对于无阻尼器切削系统,单阻尼器、双重阻尼器、五重阻尼器和双级阻尼器分别可使无颤振临界切削深度提高130%、260%、320%和340%以上。   再次,针对大长径比镗杆,采用单阻尼器和双级阻尼器原理设计了两种大长径比抑振镗杆,并通过实验模态测试镗杆频响函数与理论数值仿真相结合的方法,分别对单阻尼器和双级阻尼器进行最佳设置,保证镗杆的最佳抑制颤振能力。   最后,为了把阻尼器颤振控制的应用推广到多自由度系统中,采用最小二乘曲线拟合方法,利用通过实验获取的模态参数,计算得到机床多自由度集中质量模型的动力学方程参数。建立了含有阻尼器的机床多自由度颤振控制模型,通过优化阻尼器布置位置和阻尼器参数达到最大化稳定性切削深度和提高切削效率的目的。
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