基于开放式控制器的铣削颤振在线抑制

为实现在线抑制铣削颤振,对颤振领域常用的传感器监控技术,尤其是三向切削力和振动加速度传感器的各向分量在颤振监控过程中的时域和频域敏感信号特征进行试验研究。针对监控的颤振敏感信号频域特性,研究快速傅里叶变换技术对信号有效信息的在线提取技术。对自激颤振的机理进行分析,建立颤振频率与主轴转速间的关系模型,为实现变主轴转速抑制自激颤振提供理论基础。对集成在线参数采集、反馈控制的全软件型模块化铣削控制器进行设计,将在线抑制颤振的相关变主轴转速算法嵌入开放式控制器中,并设计控制参数数据流在控制器模块间的实现流程。对连续变切削深度铝合金工件进行在线颤振抑制加工试验,试验验证开放式智能铣削控制器在线抑制颤振相关技术的正确性。     

长悬臂铣刀铣削颤振的分析与抑制

长悬臂铣削颤振一直是机械加工工艺难点问题,国内外专家学者长期不懈地对此问题进行了研究,并取得了一定的成果。数控刀具的快速发展为解决此类问题提供了常规方式,比如减振刀杆,但这只是其中的一个方法,并不能保证颤振完全消失。本文对颤振机理、铣削过程进行了分析研究,通过对刀具几何角度的选择和走刀路径的优化,来达到更多地抑制长悬臂铣削颤振的目标,为解决长悬臂铣削颤振问题提供了有效方法。     

细长轴工件切削颤振的研究

对细长轴工件切削加工中的颤振效应进行分析,通过激振实验,对细长轴工件切削系统的主切削抗力方向的动态特性进行实验研究,得出结论:细长轴工件使得整个切削系统的一阶固有频率降低,二阶固有频率提高。综合考虑,整个切削系统建立了两自由度模型,分析了细长轴工件切削系统的切削颤振以及稳定性条件。     

主动气动弹性机翼的颤振主动抑制与阵风减缓研究

多输入／多输出系统的颤振主动抑制与阵风减缓是主动气动弹性机翼技术的重要研究方面。以一个带有两个后缘控制面的三角机翼风洞模型为研究对象，采用LQG／奇异值控制理论设计颤振主动抑制与阵风减缓的鲁棒控制律，对组成的闭环系统进行控制仿真。并从闭环稳定特性、阵风响应减缓效果、作动器功率需求和控制律的降阶四个方面提出评估指标，对闭环系统进行工程特性评估。结果表明，设计所得到的控制律能应用于工程实践。     

电流变阻尼器应用于切削颤振控制的研究

设计了一套基于剪切模式的电流变阻尼器，并应用于抑制切削振动和颤振。分析了阻尼器阻尼力公式及影响因素，得到简化的切削系统动力学模型。通过对动力学模型的分析并仿真了减振率随电场强度变化趋势，为后续的电压控制方案提供了理论依据。     

基于自抗扰的无人机舵系统大惯量柔性颤振抑制

无人机舵系统中舵机与舵面的传动机构是多级连杆,具有很大的柔性,会产生机械颤振现象。为消除颤振对无人机舵系统的危害,采用自抗扰控制。自抗扰控制采用扩张状态观测器观测得到总扰动并消除柔性对系统带来的影响,使系统近似为一个刚体。仿真验证结果表明,自抗扰控制能够快速跟踪指令并消除由系统柔性带来的颤振。     

“虚工件”法——提高柔性制造设备生产率和柔性的一种新方法

通常,在一台带有托板输送系统的柔性制造设备(如柔性制造单元)上一次在托板上只装夹一个零件进行加工。“虚工件”法是指在一个托板上装多个相同或不同的零件,将它们视为一个零件投入设备中,用对各零件的NC 程序进行相关处理后得到的 NC 新程序进行加工。应用这种方法可以提高生产率,提高柔性并有利于均衡生产。分析了应用“虚工件”法的一些限制条件及其技术实施中的苦干技术关键.     

变速切削在抑制切削颤振的应用

颤振是一种不稳定的现象,严重降低切削加工的有效性和材料去除率,加速刀具磨损.对现在国内外的一些变速切削抑制切削颤振方面所做的主要工作进行概括和总结,为今后的零件加工稳定性研究工作打下了基础.     

混合质量阻尼器在海上漂浮式风力机振动响应抑制中的应用

针对海上漂浮式风力机在风浪激励下产生较大振动响应的问题,采用混合质量阻尼器(Hybrid mass damper, HMD)主动控制系统抑制风力机的结构振动。基于拉格朗日能量方程建立Spar式风力机的气动-水动-结构-调谐质量阻尼器(Tunedmass damper, TMD)-HMD耦合动力学模型,并采用遗传算法优化TMD的刚度和阻尼系数;在机舱TMD上施加主动控制力,设计了变增益状态反馈H∞控制器,将控制器的求解问题转化为线性矩阵不等式的优化问题,从而得到最优主动控制力;研究了不同工况下HMD主动控制系统对风力机的减振效果。结果表明,相对于TMD被动控制系统,HMD主动控制系统能够进一步降低风力机的平台纵摇(Platform pitch, PFPI)运动和塔顶纵向(Tower top fore-aft, TTFA)挠度。     

数控车床切削加工过程的颤振稳定性研究

分析了数控车床加工过程中切削颤振的产生机理，总结了现在国内外对切削颤振抑制理论实践的研究现状。基于脉冲激振法针对CJK6140数控车床刀架系统的初步研究，提出了基于计算机仿真技术对加工过程进行动态仿真的方法，从而达到提高加工效率的目的。     

高速铣削用机械阻尼器铣刀模型的建立及其减振规律的分析

高速铣削加工过程中,刀具颤振会对机床、刀具和工件表面产生不良影响。提出增加机械阻尼器来抑制铣刀颤振的方法;通过对建立的铣刀模型进行理论分析,讨论了阻尼耗散功率随着刀指内径、刀指数目、刀指初始安装角变化而变化的规律。     

内置被动阻尼器减振铣刀的实验测试

提出一种长径比接近8的内置被动阻尼器减振铣刀结构。开展阻尼器模态测试,确定最优结构设计方案。对内置被动阻尼器减振铣刀进行周向模态测试,研究减振铣刀在不同方位的动力学特性。选取铝合金和钛合金工件材料,开展多组切削参数组合下的切削实验测试。在铝合金切削时,减振铣刀的加工噪声、切削力和表面粗糙度比无阻尼铣刀平均下降了52.1%,49.5%和73.4%;在钛合金全槽铣削时,能够在无阻尼铣刀出现明显颤振的切削条件下实现平稳切削。     

Modeling and Analytical Solution of Chatter Stability for T-slot Milling

T-slot milling is one of the most common milling processes in industry. Despite recent advances in machining technology, productivity of T-slot milling is usually limited due to the process limitations such as high cutting forces and stability. If cutting conditions are not selected properly the process may result in the poor surface finish of the workpiece and the potential damage to the machine tool. Currently, the predication of chatter stability and determination of optimal cutting conditions based on the modeling of T-slot milling process is an effective way to improve the material removal rate(MRR) of a T-slot milling operation. Based on the geometrical model of the T-slot cutter, the dynamic cutting force model was presented in which the average directional cutting force coefficients were obtained by means of numerical approach, and leads to an analytical determination of stability lobes diagram(SLD) on the axial depth of cut. A new kind of SLD on the radial depth of cut was also created to satisfy the special requirement of T-slot milling. Thereafter, a dynamic simulation model of T-slot milling was implemented using Matlab software. In order to verify the effectiveness of the approach, the transfer functions of a typical cutting system in a vertical CNC machining center were measured in both feed and normal directions by an instrumented hammer and accelerators. Dynamic simulations were conducted to obtain the predicated SLD under specified cutting conditions with both the proposed model and CutPro?. Meanwhile, a set of cutting trials were conducted to reveal whether the cutting process under specified cutting conditions is stable or not. Both the simulation comparison and experimental verification demonstrated that the satisfactory coincidence between the simulated, the predicted and the experimental results. The chatter-free T-slot milling with higher MRR can be achieved under the cutting conditions determined according to the SLD simulation.     

砂轮变速磨削抑制工件颤振的研究

在建立外圆磨削过程动力学模型的基础上,应用矩阵摄动理论论证了砂轮与工件接触刚度与工件颤振频率之间的关系,探讨了径向磨削力与接触刚度之间、砂轮转速与径向磨削力之间的关系,得出了砂轮转速与工件颤振频率之间具有相对应的关系。     

薄壁弧形件铣削加工装夹方案的优化

在航空制造业中,为了减轻工件的重量,大量使用薄壁结构零件。对于这类工件,改进工件的夹具布局能够有效地减少工件的变形。本文通过对弧形薄壁件铣削加工夹紧点的位置进行优化来减少工件的变形,并提出了6条启发式规则。这些规则根据各区域内工件的最大变形,依次确定各夹紧点的移动方向,具有较快的优化速度。     

Optimization of the Tuned Mass Damper for Chatter Suppression in Turning

The tuned mass damper(TMD) has been successfully applied to the vibration control in machining,while the most widely adopted tuning is equal peaks,which splits the magnitude of the frequency response function(FRF) into equal peaks.However,chatter is a special self-excited problem and a chatter-free machining is determined by FRF at the cutting zone.A TMD tuning aiming at achieving the maximum chatter stability is studied,and it is formulated as an optimization problem of maximizing the minimum negative real part of FRF.By employing the steepest descend method,the optimum frequency and damping ratio of TMD are obtained,and they are compared against the equal peaks tuning.The advantage of the proposed tuning is demonstrated numerically by comparing the minimum point of the negative real part,and is further verified by damping a flexible mode from the fixture of a turning machine.A TMD is designed and placed on the fixture along the vibration of the target mode after performing modal analysis and mode shape visualization.Both of the above two tunings are applied to modify the tool point FRF by tuning TMD respectively.Chatter stability chart of the turning shows that the proposed tuning can increase the critical depth of cut 37% more than the equal peaks.Cutting tests with an increasing depth of cut are conducted on the turning machine in order to distinguish the stability limit.The tool vibrations during the machining are compared to validate the simulation results.The proposed damping design and optimization routine are able to further increase the chatter suppression effect.     

薄壁件铣削振动分析及控制研究

对薄壁件在铣削试验过程中产生振动的原因进行了分析,对实践中抑制薄壁件振动的措施进行了归纳和介绍,提出了一种以冷却液为介质的空化脉冲射流作为薄壁件铣削的随动柔性辅助支撑的新的加工方法。     

板带冷轧机颤振抑制策略研究

以冷轧机系统的垂直振动为研究对象,提出冷轧机颤振的评价指标,结合近年来国内外冷轧机垂直振动问题的研究成果,对冷轧机颤振的抑制策略进行分析探讨。     

柔性空间机械臂振动抑制的模糊终端滑模控制

针对载体位置不受控、姿态受控的情况,提出了柔性空间机械臂振动抑制的模糊终端滑模控制方案。利用假设模态法、系统动量守恒关系及拉格朗日方法,导出了柔性空间机械臂的系统动力学方程。为解决柔性空间机械臂轨迹跟踪控制及振动抑制问题,运用奇异摄动法将系统分解为慢变、快变两个子系统并分别设计了控制器。慢变子系统采用具有较强鲁棒性的模糊终端滑模控制方案,快变子系统则采用基于降阶状态观测器的线性二次型最优控制器(linear quadratic regulator,简称LQR)。数值模拟结果表明,本文的控制方案不仅保证了柔性空间机械臂载体姿态及机械臂各关节铰跟踪误差在有限时间内的收敛性,而且还大大地降低了滑模控制所固有的抖振,并对柔性臂的振动具有良好的抑制效果。