磁流變自抑振智能鏜桿的理論與方法研究.pdf

1、針對(duì)精密孔加工中常見的顫振問題，本論文結(jié)合國家自然科學(xué)基金“基于磁流變液自抑振的智能鏜桿構(gòu)件理論和方法研究”(項(xiàng)目編號(hào)：50405036)和浙江省自然科學(xué)基金“磁流變液自抑振智能鏜桿構(gòu)件理論和方法研究”(項(xiàng)目編號(hào)：Y104462)，通過理論分析、數(shù)值仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)應(yīng)用磁流變技術(shù)抑制鏜削過程中的切削顫振問題進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。
　　 第1章，闡述了本學(xué)位論文的研究背景與意義，詳細(xì)介紹了國內(nèi)外對(duì)切削顫振控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀，明確

2、了機(jī)床切削顫振控制技術(shù)的發(fā)展方向，提出了論文的主要研究內(nèi)容。
　　 第2章，建立了鏜削加工系統(tǒng)的顫振動(dòng)力學(xué)模型，研究了顫振發(fā)生的根本原因，同時(shí)對(duì)主軸變速切削方法的顫振抑制機(jī)理進(jìn)行了研究，得到了其顫振抑制的本質(zhì)原因。在此基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)剛度和阻尼變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了深入研究，提出了變結(jié)構(gòu)剛度的顫振抑制方法，并從理論上證實(shí)了它與變速切削法具有異曲同工之效。
　　 第3章，基于磁流變液材料的特點(diǎn)，提出了支撐剛度可控型的磁

3、流變自抑振智能鏜桿設(shè)計(jì)方案，并對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)磁流變液抑振單元進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。應(yīng)用有限元ANSYS仿真分析了優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)果表明主要性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
　　 第4章，首先通過靜態(tài)加載法對(duì)智能鏜桿的剛度和阻尼特性進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)在施加磁場后鏜桿靜柔度和阻尼特性變化明顯；其次采用瞬態(tài)激振法和穩(wěn)態(tài)激振法分別對(duì)智能鏜桿進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性測試分析，研究了智能鏜桿的剛度與阻尼關(guān)于磁場強(qiáng)度大小的變化規(guī)律及其動(dòng)態(tài)特性與激振頻率、幅值和磁場強(qiáng)度

4、之間的關(guān)系；最后對(duì)智能鏜桿的響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了測試。研究得到的磁流變自抑振智能鏜桿的靜動(dòng)態(tài)特性變化規(guī)律和模型，將為有效制定其控制策略提供了科學(xué)依據(jù)。
　　 第5章，提出了一種基于Kelvin模型和Maxwell模型的磁流變液材料本構(gòu)模型，建立了基于Euler—Bernoulli梁模型的磁流交自抑振智能鏜桿動(dòng)力學(xué)模型，并借助含耗散函數(shù)的拉格朗日方程對(duì)智能鏜桿的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了理論分析與數(shù)值仿真。為了滿足實(shí)時(shí)控制的要求，又引入了Bouc—

5、Wen模型，建立了基于此模型的智能鏜桿動(dòng)力學(xué)模型，并用非線性最小二乘法理論對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了識(shí)別，最后進(jìn)行了數(shù)值仿真研究，結(jié)果表明它能準(zhǔn)確地描述智能鏜桿的動(dòng)力學(xué)特性，為后續(xù)制定實(shí)時(shí)控制策略打下基礎(chǔ)。
　　 第6章，根據(jù)鏜削過程中顫振產(chǎn)生、發(fā)展和成熟各個(gè)階段的特點(diǎn)，把整個(gè)鏜削過程分成兩種情況，并在此基礎(chǔ)上分別提出了非線性隨機(jī)最優(yōu)半主動(dòng)控制策略和變剛度半主動(dòng)控制策略。針對(duì)非線性隨機(jī)最優(yōu)半主動(dòng)控制策略，對(duì)其控制律進(jìn)行了推導(dǎo)，同時(shí)提出了相

6、應(yīng)的性能準(zhǔn)則，并進(jìn)行了控制仿真分析。針對(duì)變剛度半主動(dòng)控制策略，對(duì)其控制參數(shù)優(yōu)選進(jìn)行了理論分析，并做了相關(guān)數(shù)值仿真研究。
　　 第7章，為了驗(yàn)證前面提出的理論和方法的正確性，在車床CA6140上建立了磁流變自抑振智能鏜桿的切削顫振控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。首先對(duì)非線性隨機(jī)最優(yōu)半主動(dòng)控制策略進(jìn)行了切削顫振控制實(shí)驗(yàn)，考察了其實(shí)際的減振效果，并驗(yàn)證了理論分析結(jié)果的正確性。其次對(duì)變剛度半主動(dòng)控制策略進(jìn)行了切削顫振抑制實(shí)驗(yàn)，并通過實(shí)