机床的运行总伴随着振动,机床的振动会造成零件过早出现疲劳破坏,使得机床安全程度、可靠性和强度下降;机床的振动还会导致被加工工件的形状精度和表面精度降低,刀具寿命和生产率下降。同时,机床的振动往往伴随着噪音,刺激操作人员损害健康。当满足一定条件时,稳态的切削振动甚至会发展成切削颤振,从而引发整个切削系统的崩溃。为提高切削效率和加工精度,人们在切削振动的控制方面开展了大量研究工作。切削振动控制可分为主、被动两种方法。传统的被动方法主要通过在线调整主轴转速和降低铣削深度避开不稳定切削区来降低切削振动,避免颤振。但通过这些方法来降低振动需要对系统稳定性进行预测,确定其稳定性图,而当由机床-刀具-夹具-工件所组成的加工系统其中有一者改变时其稳定性图也发生改变,为实际应用带来困难。不同于被动方法,主动方法需在切削系统中引入附加的系统并通过该系统提供的主动控制力来实现切削振动的主动控制。相对于被动方法其优势在于能够在不影响加工效率的情况下提高加工精度。由于车削运动形式较为简单使得主动控制系统易于实现,目前的研究多以车刀振动为研究对象。铣削过程中刀具运动的复杂性导致其振动主动控制研究的较少;此外,由于铣削时刀具与工件之间相对振动测量困难从而缺乏能用于控制的反馈量,使得目前的铣削振动控制仅能考虑工件的振动,无法实现对刀具与工件相对振动的控制。金属铣削被广泛地应用于机械制造业,提高铣削率以降低成本是金属铣削加工业的必然需求。目前,我国铣床的加工效率远比国外低,加工精度也比国外低1～2数量级。然而,为提高铣削率而增大切削参数会导致切削振动加剧,因此,铣削振动控制是当前机械设计及制造领域受到广泛关注的前沿课题之一,研究铣削系统中刀具和工件的相互振动及其对加工创成表面的影响,实现相对振动的在线控制对提升铣削工艺水平和高性能复杂产品加工能力具有重要的应用和经济价值。本课题面向制造业的重大需求,通过对刀具和工件的相对振动的实验研究,建立了铣削过程动力学模型,分析了切削振动对工件表面形成的影响,设计铣削振动主动控制系统实现对铣削过程中刀具与工件相对振动的主动控制,从而有效地提高加工效率和质量。论文首先综述了国内外研究人员在机床振动的实验和理论方面的研究概况,总结了各种振动控制的实现形式并分析了它们的优缺点,对其中涉及的的建模、控制方法以及传感器作动器等问题也作了阐述。针对铣削加工过程运动复杂,刀具振动难以测量的特点,提出了一种可直接铣削时刀具和工件振动的方法,设计了相应的实验装置和和方案;应用该方法测量了多种切削参数条件下及铣削不同阶段时刀具和工件的振动位移。通过对多个传感器的输出信号的分析处理验证了该方法的有效性;对实验数据进行分析并探讨了铣削不同阶段时切削振动的特性,为进一步的研究工作提供实验基础。为研究切削参数与振动之间的关系,通过模态实验测量了刀具-工件-机床加工系统的力~振动频响函数;基于该频响函数利用参数识别获得了加工系统的动力学参数模型;将该模型与动态切削力模型相结合建立了侧铣加工的切削力和振动预测模型;仿真了动态切削力及切削振动,针对测力仪本身动态特性会造成其测量的切削力失真的情况在切削力仿真时还考虑了该因素的影响;进行切削实验并利用测量获得的数据验证了该模型的有效性。推导了考虑切削振动的侧铣加工表面形成模型,利用实测侧铣加工刀具和工件振动位移数据通过仿真程序预测了工件表面形貌;讨论了切削振动在工件表面形成中的作用,结果表明在给定的切削参数下,刀具与工件之间的相对振动是影响加工面表面形成的主要原因。根据实际测量的切削振动数据时频域的特征设计了一种用于铣削减振的两自由度主动式工件装夹平台;对该平台进行有限元仿真分析了其主要性能指标;制造并装配了铣削主动减振平台;对最终完成的平台进行了实验验证了设计的平台可应用与铣削主动减振场合。分析了被控对象即设计的主动平台的动力学特性并基于实测平台频响函数建立了主动平台的参数模型;根据被控对象及铣削振动的特点利用鲁棒干扰抑制和鲁棒混合灵敏度两种不同方法设计了反馈控制器;通过仿真验证了设计的控制器在实现对振动的有效衰减的同时针对模型的不确定性具有闭环的鲁棒稳定性;利用NI PCI-6251数采卡及Labview实现了采用鲁棒混合灵敏度方法设计的控制器;通过切削实验检验了整个铣削振动主动控制系统的有效性。结果表明,主动控制作用可在宽频带内实现铣削时刀具与工件之间相对振动振幅为30%～50%衰减;当振动是工件表面轮廓形成的主要原因时,振动主动控制可明显提高加工精度。本文的研究工作对切削振动特性的实验研究,切削过程动力学建模,工件表面形成以及铣削振动主动控制系统的设计与实现等具有一定的参考价值。