磁悬浮铣削电主轴振动控制研究
发布时间：2021-06-27 07:03
复杂曲面零件广泛存在于航空航天、汽车工业、医疗器械与能源等领域,加工质量与效率的要求日益提高,使车铣复合加工技术面临着新的挑战。其中提供铣削加工直接动力的电主轴在B轴动力刀架的核心部件中显得尤为关键。磁悬浮电主轴以其无机械磨损、能耗低、噪声小且具有良好的机械性能而备受关注。本文立足于其主动抑制振动的特性,着手研究磁悬浮铣削电主轴振动控制技术,旨在有效降低刚度低、强耦合的复杂曲面零件在铣削加工中发生的振动与颤振,主要研究内容包括:1、通过研究主动电磁轴承的支承原理及开环稳定性,阐明了其内在数学模型,根据该模型推导出主动电磁轴承的刚度阻尼特性,它能够通过改变定子线圈中的控制电流来进行调节,为磁悬浮电主轴对振动进行主动控制提供了理论依据。2、针对转子质量偏心引起的不平衡振动,将转子视作刚性转子,建立了2自由度磁悬浮主轴-刚性转子动力学模型;然后选择线性二次调节器作为系统全状态反馈控制器,提出利用多种群遗传算法对控制器中的加权矩阵进行优化,并在Simulink中进行仿真,进一步验证了优化效果的稳定性。3、以国内首台铣削电磁主轴作为具体研究对象,针对实际转子存在的涡动效应及以此引发的共振问题,建...
【文章来源】：成都理工大学四川省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车铣复合B轴动力刀架
图 1-1 车铣复合 B 轴动力刀架 图 1-2 复杂曲面薄壁零件上世纪 80 年代，高速切削技术得到了空前发展，电主轴的身影开始出现在类机械加工中。电主轴将电机与机床主轴集于一体，凭借其超短的传动链，适应了数控机床对动力输出的要求，在复合加工领域崭露头角。复合加工 B 力刀架“车铣一体”的空间布局，结构紧凑，对动力输出效率要求较高，电主
磁悬浮轴承（activemagneticbearing，AMB。如图1-3a）技术作为一种高性能支承技术，在过去几十年中得到了快速发展。与使用传统轴承的电主轴相比，磁悬浮电主轴（AMB spindle，图 1-3b）更易于实现高速化，具有无机械磨损、能耗低、振动小、高寿命、无需润滑等优点（乔晓利，2016），且磁悬浮轴承属于可控轴承，主轴刚度和阻尼可调，具有良好的机械特性，是一种很有前景的新型电主轴。对于加工过程中产生的振动，磁悬浮电主轴可以通过提供可控的电磁支承力予以平衡，尤其在抑制刀具铣削颤振方面效果明显。综合工作性能、环境保护、能源消耗以及使用寿命等方面的因素，将磁悬浮电主轴作为抑制复杂曲面类零件高速铣削颤振的时代已然来临（Huang T et al，2015）1。图 1-3a 磁悬浮轴承 图 1-3b 磁悬浮电主轴样品尽管磁悬浮轴承应用于电主轴上有上述诸多优势，而且在国外得到了广泛发展，但是国内一方面对磁悬浮轴承技术的研究较晚，另一方面磁悬浮电主轴自身涉及多学科技术的融合，导致企业内部研发设计效率低，轴承-转子系统各自由度间存在强耦合性，加上铣削加工工况带来的不确定性，都使得系统振动控制面临极大?
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁悬浮电主轴系统动态分析及振动控制技术综述[J]. 乔晓利. 河北科技大学学报. 2016(05)
[2]基于多种群遗传算法的LQR振动主动控制研究[J]. 宋雪健,郑宾,陈晔,王天琪,宋雁鹏. 科学技术与工程. 2016(29)
[3]鲁棒反演滑模控制在磁悬浮电主轴中的应用[J]. 张建生,沈莹雅,王一夫,马啸宇. 制造技术与机床. 2015(12)
[4]多种群遗传算法的倒立摆LQR控制器设计[J]. 谌海云,杜振华,邹宁波,石明江. 控制工程. 2014(03)
[5]国产高档数控机床的发展现状及展望[J]. 刘大炜,汤立民. 航空制造技术. 2014(03)
[6]磁悬浮轴承技术在风机与泵类设备中的应用现状[J]. 汤士明,梅磊,欧阳慧珉. 微特电机. 2013(08)
[7]多种群遗传算法在无铁心永磁直线同步电机优化设计中的应用[J]. 李立毅,唐勇斌,刘家曦,潘东华. 中国电机工程学报. 2013(15)
[8]铣削过程稳定性分析的时域法研究进展[J]. 丁汉,丁烨,朱利民. 科学通报. 2012(31)
[9]基于内置力执行器的铣削颤振的主动控制[J]. 乔晓利,祝长生. 机械工程学报. 2012(01)
[10]车铣复合加工的关键技术与应用前景[J]. 吴宝海,严亚南,罗明,张定华. 航空制造技术. 2010(19)
博士论文
[1]铣削加工自激振动的主动控制理论与技术研究[D]. 吴越.华中科技大学 2017
硕士论文
[1]基于磁悬浮轴承系统的振动主动控制研究[D]. 赵杰.华中科技大学 2016
[2]磁悬浮轴承刚度阻尼测试与辨识方法研究[D]. 吉敏来.南京航空航天大学 2013
[3]主动磁悬浮轴承的PID控制研究[D]. 邱振兴.北京交通大学 2010
[4]磁悬浮磨床电主轴柔性转子动力学分析[D]. 李香滨.合肥工业大学 2009
[5]NC机床磁悬浮电主轴控制系统研究[D]. 蒋成勇.大连交通大学 2006
本文编号：3252374
【文章来源】：成都理工大学四川省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车铣复合B轴动力刀架
图 1-1 车铣复合 B 轴动力刀架 图 1-2 复杂曲面薄壁零件上世纪 80 年代，高速切削技术得到了空前发展，电主轴的身影开始出现在类机械加工中。电主轴将电机与机床主轴集于一体，凭借其超短的传动链，适应了数控机床对动力输出的要求，在复合加工领域崭露头角。复合加工 B 力刀架“车铣一体”的空间布局，结构紧凑，对动力输出效率要求较高，电主
磁悬浮轴承（activemagneticbearing，AMB。如图1-3a）技术作为一种高性能支承技术，在过去几十年中得到了快速发展。与使用传统轴承的电主轴相比，磁悬浮电主轴（AMB spindle，图 1-3b）更易于实现高速化，具有无机械磨损、能耗低、振动小、高寿命、无需润滑等优点（乔晓利，2016），且磁悬浮轴承属于可控轴承，主轴刚度和阻尼可调，具有良好的机械特性，是一种很有前景的新型电主轴。对于加工过程中产生的振动，磁悬浮电主轴可以通过提供可控的电磁支承力予以平衡，尤其在抑制刀具铣削颤振方面效果明显。综合工作性能、环境保护、能源消耗以及使用寿命等方面的因素，将磁悬浮电主轴作为抑制复杂曲面类零件高速铣削颤振的时代已然来临（Huang T et al，2015）1。图 1-3a 磁悬浮轴承 图 1-3b 磁悬浮电主轴样品尽管磁悬浮轴承应用于电主轴上有上述诸多优势，而且在国外得到了广泛发展，但是国内一方面对磁悬浮轴承技术的研究较晚，另一方面磁悬浮电主轴自身涉及多学科技术的融合，导致企业内部研发设计效率低，轴承-转子系统各自由度间存在强耦合性，加上铣削加工工况带来的不确定性，都使得系统振动控制面临极大?
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁悬浮电主轴系统动态分析及振动控制技术综述[J]. 乔晓利. 河北科技大学学报. 2016(05)
[2]基于多种群遗传算法的LQR振动主动控制研究[J]. 宋雪健,郑宾,陈晔,王天琪,宋雁鹏. 科学技术与工程. 2016(29)
[3]鲁棒反演滑模控制在磁悬浮电主轴中的应用[J]. 张建生,沈莹雅,王一夫,马啸宇. 制造技术与机床. 2015(12)
[4]多种群遗传算法的倒立摆LQR控制器设计[J]. 谌海云,杜振华,邹宁波,石明江. 控制工程. 2014(03)
[5]国产高档数控机床的发展现状及展望[J]. 刘大炜,汤立民. 航空制造技术. 2014(03)
[6]磁悬浮轴承技术在风机与泵类设备中的应用现状[J]. 汤士明,梅磊,欧阳慧珉. 微特电机. 2013(08)
[7]多种群遗传算法在无铁心永磁直线同步电机优化设计中的应用[J]. 李立毅,唐勇斌,刘家曦,潘东华. 中国电机工程学报. 2013(15)
[8]铣削过程稳定性分析的时域法研究进展[J]. 丁汉,丁烨,朱利民. 科学通报. 2012(31)
[9]基于内置力执行器的铣削颤振的主动控制[J]. 乔晓利,祝长生. 机械工程学报. 2012(01)
[10]车铣复合加工的关键技术与应用前景[J]. 吴宝海,严亚南,罗明,张定华. 航空制造技术. 2010(19)
博士论文
[1]铣削加工自激振动的主动控制理论与技术研究[D]. 吴越.华中科技大学 2017
硕士论文
[1]基于磁悬浮轴承系统的振动主动控制研究[D]. 赵杰.华中科技大学 2016
[2]磁悬浮轴承刚度阻尼测试与辨识方法研究[D]. 吉敏来.南京航空航天大学 2013
[3]主动磁悬浮轴承的PID控制研究[D]. 邱振兴.北京交通大学 2010
[4]磁悬浮磨床电主轴柔性转子动力学分析[D]. 李香滨.合肥工业大学 2009
[5]NC机床磁悬浮电主轴控制系统研究[D]. 蒋成勇.大连交通大学 2006
本文编号：3252374
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