基于超磁致伸缩体的再生型外圆车削颤振抑制研究

摘要

随着机械加工朝着高精度、高效率的方向不断发展，人们对于机械加工中的振动进行了大量的研究，以期减小或消除振动，提高加工精度及效率。再生型切削颤振是一种自激振动，颤振会导致工件表面质量下降，加剧刀具及机床的磨损，产生大量噪声，降低生产率。本文以再生型颤振的机理研究为主要出发点，同时探讨了颤振的抑制问题，开展了以下的研究工作。
　　首先，阐述了颤振研究背景及现状，交代了课题的来源及研究意义，通过这些工作了解了速度型颤振、模态耦合型颤振、再生型颤振的基本概念及研究颤振的基本方法、手段，给出了本文研究的基本内容。
　　其次，研究建立了再生型切削颤振的简化模型，通过对简化模型的理论分析及MATLAB/Simulink仿真，获得了颤振稳定极限切深的瓣图及颤振的刀尖振动时域仿真型号及其相轨迹图，并对这些研究结果进行了分析。随后通过锤击法模态测试获得了再生型外圆车削颤振仿真所需的模态参数并完成了数值仿真，同时设计了外圆车削加工实验，加工后的工件表面发现了横向的振纹，仿真结果与实验结果的平均误差为30.15％，实验结果表明，本文的颤振模型能够在一定程度上反映真实的再生型车削颤振情况。
　　最后，对再生型车削颤振的抑制进行了初步的探讨。选择了振动主动控制方法用于颤振的抑制。介绍了超磁致伸缩材料，并将其与压电陶瓷材料进行比较。设计了超磁致伸缩执行器作为颤振主动控制的执行器，选择 PID控制作为颤振主动控制的控制器算法，通过将超磁致伸缩执行器的动力学模型与再生型外圆车削颤振模型结合起来，在MATLAB/Simulink环境下完成颤振主动控制的数值仿真，仿真结果表明，设计的超磁致伸缩致动器及 PID控制算法对颤振具有较好的控制效果。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 本课题研究背景及现状

1.3 本课题研究来源和意义

1.4 本课题研究目的及内容

2再生型切削颤振仿真研究

2.1 引言

2.2单自由度正交切削颤振

2.3 本章小结

3再生型切削颤振实验研究

3.1 引言

3.2二自由度再生型外圆车削颤振模型

3.4实验验证

3.5 本章小结

4再生型切削颤振抑制研究

4.1 引言

4.2颤振抑制方法选择

4.3基于超磁致伸缩制动器的颤振控制可行性分析

4.4 GMA原型机设计

4.5 本章小结

5再生型车削颤振主动控制仿真

5.1 引言

5.2超磁致伸缩致动器建模

5.3颤振主动控制方案

5.4振动控制策略选择

5.5 再生型车削颤振主动控制仿真

5.6 本章小结

6 结论与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文