基于磁流变阻尼调控的薄壁件加工抑振研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingqwer
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薄壁零件在加工过程中因为动力学时变易发生颤振,颤振会导致工件加工精度差、刀具磨损、加工效率降低等问题,所以需要采取相应措施对薄壁件的加工颤振进行抑制。磁流变液的固化状态可由磁场调节,从而改善工艺系统的阻尼特性,在主动或半主动抑振领域可以实现抑振的实时调控。为保证薄壁件加工过程平稳进行,利用磁流变阻尼可调性解决薄壁件动力学时变问题,开展基于磁流变阻尼调控的史密斯自抗扰抑振研究。为分析磁流变阻尼对薄壁件振动影响规律,建立磁流变-薄壁件系统铣削动力学模型。以典型的悬臂式T型板作为研究对象,将其视为欧拉-伯努利梁,根据振动原理和能量法建立单自由度薄壁件铣削动力学模型和磁流变-薄壁件系统铣削动力学模型。使用磁流变的阻尼力模型替代了铣削动力学模型中原有的线性阻尼部分,通过仿真得到了磁流变液阻尼效应对薄壁件振动响应规律。为实时调控磁流变阻尼效应使其弥补薄壁件铣削过程的动力学特性损失,提出使用史密斯-自抗扰控制器调节磁流变阻尼的抑振方法。在建立的磁流变-薄壁件系统铣削动力学模型的基础上,利用史密斯预估器与自抗扰控制器结合的主动振动控制方法来消除控制过程中时滞因素和扰动的影响。然后通过求解磁流变抑振系统闭环控制微分方程,分析了史密斯自抗扰控制器的稳定性。通过MATLAB/Simulink建立了控制器和抑振系统,分析了史密斯自抗扰的瞬态控制性能和抗扰能力,并且与PID和自抗扰的控制性能相比较,仿真结果表明提出的控制方法具有较高的鲁棒性和瞬态控制性能。为验证基于史密斯-自抗扰控制器的磁流变阻尼调控抑振方法的有效性,开发了基于磁流变阻尼调控的薄壁件铣削振动抑制系统。系统包括薄壁件抑振调控试验台与薄壁件抑振调控软件。控制器根据薄壁件的振动位移实时调节磁流变阻尼,进而改变薄壁件动力学特性,从而实现抑振的目的。最后进行了模态敲击试验和薄壁件铣削振动试验。试验结果表明,本文提出的基于磁流变阻尼调控的薄壁件抑振方法和史密斯自抗扰控制器能有效地抑制薄壁件铣削颤振。
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