薄壁件时变切削系统自适应主动振动控制研究
发布时间：2021-01-22 02:20
随着航空航天及军工等领域的高速发展,行业对于轻量化、高性能、强灵活性、结构复杂的零件的需求日益提升,其中复杂薄壁件就因此活跃在众多的尖端制造业的应用场景中。但由于薄壁件的弱刚性特性,以及在其加工过程中存在时变特性的特点,在薄壁件铣削过程中会出现明显的振动问题,这不仅会大大减少刀具寿命、限制了加工效率、使得工艺参数设计更加繁琐,还会最终极大的影响工件的表面完整性。因此研究薄壁件时变铣削的动态响应并提出合适有效的自适应主动加工振动抑制方法是非常有意义的。本研究针对薄壁件时变切削系统的振动问题,在对薄壁件时变铣削过程中动态响应的分析研究的基础上,建立被控加工系统动力学模型,提出主动振动控制策略,设计自适应振动控制方法,优化振动控制算法,为实现薄壁件时变切削系统自适应主动振动控制、提高薄壁件加工精度提供理论依据及实例参考。首先,结合薄壁件铣削工况分析,提出使用贴置于工件上的压电纤维片作为振动控制驱动器,将薄壁板件简化为Kirchhoff板,结合压电材料应变方程以及Hamilton原理建立被控薄壁件动力学模型,并使用有限元数值解法对该动力学模型进行求解。应用建立的动力学模型进行被控薄壁件受驱动状...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１压电纤维片驱动下的薄壁件铣削模型??在本部分的动力学模型推导中，对薄壁板件的分析推导将基于Ｋｎｘｈｈｏｆｌｆ平??
山东大学硕士学位论文???Ｅｈｌ??Ｄ：?ｐ—－?（２－８）??１２（］－ｖ２）??其中￡和ｖ分别是薄壁板的杨氏模量和泊松比。??对于该受控薄壁板铣削系统的建模分析而言，引入虚拟的切削力是必要的，??本章使用一个外部力模型来模拟作用于薄板上的铣削力铣削力模型如图??２－２所示，铣削力在薄壁板的ｚ轴方向的大小可以表示为：??１?Ｎ－１??／?＝?ｒ?ａｒａ，Ｋ，?Ｚ?Ｓｊ?［ｓｉｎ?２＾?－?Ｋ，．?（１?＋?ｃｏｓ?２＾）］?（２－９）??２?．／＝〇??式中，＋为铣刀轴向切深，办为铣刀径向切深，＆为铣削力系数，＆为切削??比例系数，ｇ，．为窗函数，Ａ为第＿／个切削齿的切入角。??”（工件?，一给??＾?Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ?＞?Ｄａｍｐｅｒ??ｙ?＾释※兹锻襟么敏；效：＇贫表游孩燦锻潘踢么辦狹您匕踢公??图２－２切削力模型??由铣削力对驱动器－薄壁板模型所做的功为：??％＝ＪＪ＞ｄ＊?（２－１〇）??压电纤维片驱动下的铣削薄壁件模型的相关能量参量己上述完毕，该模型的??运动学方程可以根据如下的Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理方程进行推导：??Ｓ＼＇２?Ｌｄｉ?＝?Ｓ＼＾?｛ｎ?＋?Ｕａ－Ｗｆ－?Ｔ）ｄｔ?＝?０?（２－１１）??将式（２－３），（２－６），?（２－７）和（２－１０）代入式（２－１１）中，便可以得到表面贴置压电??驱动器的薄壁板件模型的运动学方程以及其联合边界条件如下：??５４ｍ＾?ｄＡｗ?３４ｗ?．．??Ｄ＾＋２＾Ｗ＋＾）＋ｐ?ｐＷ＝ｆ｛ｘ＾ｌ）??ｘ＿?（２－１２）??－＾?＋?ｈｐ）［ＡＳ：?（ｘ）ＡＨｖ（ｙ）?＋?ＡＨｕ?（ｘ）Ａ５：（ｙ）］??１６??
使用压电纤维片驱动器对悬伸结构体进行振动控制的研究｜６４＠７］可知，由于压电??纤维片自身的输出结果类似于弯矩作用，所以压电纤维片驱动器的布置位置越靠??近悬伸结构体的固支端，其对被控结构体悬伸端的驱动影响越大。??为了使得压电纤维片的驱动效果在位置布置方面能够最大限度的应用，本研??究将压电片贴置于薄壁板件Ｘ轴向中间并靠近工件加持端的位置。此外，考虑到??压电驱动器在实际贴置过程中，需要使用特殊的胶水且其一段接有导线，故压电??片的下边距离工件的加持处留有一段较小距离。??参照图２－１的模型示意图，本小节所进行的静变形仿真有以下几何参数。??表２－１模型静变形仿真几何参数??长?Ｚ?（ｍｉｌｌ）?宽?ｆＦ（ｍｍ）?厚度?／ｐ?（ｍｍ）??薄壁板件????１２０?１２０?４??定位（ｍｍ）?厚度ｔｏ?（ｍｍ）??压电驱动器?《１?ｕ２?ｖｌ?ｖｌ????０．４??５０?７０?２０?５８??￣￣在仿真中薄壁板件的材料参数设定于铝镁合金５０５２的材料参数一致，分别??为密度ｐ＝２６８０?ｋｇ／ｍ３，杨氏模量￡＝７００?ＧＰａ，泊松比ｖ＝０．３３０；压电纤维片的特??性参数与后续实验根据性能需求选用的型号一致，参考产品说明分别有弹性模量??￡＾＾＝１５．８５７００３?压电常数?／７３〗＝４．６Ｅ＋０２?ｐＣ／Ｎ。??如图２－４所示为压电驱动器在分别不同的工作电压时被控薄壁件的变形情况??仿真结果。仿真过程中依次为压电驱动器赋以５００Ｖ，?９００Ｖ和Ｉ２００Ｖ的输入电??压，得到相应的薄壁件变形情况。??ｘｌ〇４??＼?切削Ｓ各径：?５?＾２］?一一?—??０．１
【参考文献】：
期刊论文
[1]Chatter stability prediction in four-axis milling of aero-engine casings with bull-nose end mill[J]. Zhou Xu,Zhang Dinghua,Luo Ming,Wu Baohai. Chinese Journal of Aeronautics. 2015(06)
[2]航空铝合金薄壁件加工变形有限元仿真与分析[J]. 毕运波,柯映林,董辉跃. 浙江大学学报(工学版). 2008(03)
[3]基于T-S模型的自适应神经模糊推理系统及其在热工过程建模中的应用[J]. 于希宁,程锋章,朱丽玲,王毅佳. 中国电机工程学报. 2006(15)
[4]航空铝合金7050-T7451铣削力模型的实验研究[J]. 王立涛,柯映林,黄志刚. 中国机械工程. 2003(19)
硕士论文
[1]支杆式风洞模型主动振动抑制方法与实验研究[D]. 姜尔东.大连理工大学 2014
本文编号：2992357
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１压电纤维片驱动下的薄壁件铣削模型??在本部分的动力学模型推导中，对薄壁板件的分析推导将基于Ｋｎｘｈｈｏｆｌｆ平??
山东大学硕士学位论文???Ｅｈｌ??Ｄ：?ｐ—－?（２－８）??１２（］－ｖ２）??其中￡和ｖ分别是薄壁板的杨氏模量和泊松比。??对于该受控薄壁板铣削系统的建模分析而言，引入虚拟的切削力是必要的，??本章使用一个外部力模型来模拟作用于薄板上的铣削力铣削力模型如图??２－２所示，铣削力在薄壁板的ｚ轴方向的大小可以表示为：??１?Ｎ－１??／?＝?ｒ?ａｒａ，Ｋ，?Ｚ?Ｓｊ?［ｓｉｎ?２＾?－?Ｋ，．?（１?＋?ｃｏｓ?２＾）］?（２－９）??２?．／＝〇??式中，＋为铣刀轴向切深，办为铣刀径向切深，＆为铣削力系数，＆为切削??比例系数，ｇ，．为窗函数，Ａ为第＿／个切削齿的切入角。??”（工件?，一给??＾?Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ?＞?Ｄａｍｐｅｒ??ｙ?＾释※兹锻襟么敏；效：＇贫表游孩燦锻潘踢么辦狹您匕踢公??图２－２切削力模型??由铣削力对驱动器－薄壁板模型所做的功为：??％＝ＪＪ＞ｄ＊?（２－１〇）??压电纤维片驱动下的铣削薄壁件模型的相关能量参量己上述完毕，该模型的??运动学方程可以根据如下的Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理方程进行推导：??Ｓ＼＇２?Ｌｄｉ?＝?Ｓ＼＾?｛ｎ?＋?Ｕａ－Ｗｆ－?Ｔ）ｄｔ?＝?０?（２－１１）??将式（２－３），（２－６），?（２－７）和（２－１０）代入式（２－１１）中，便可以得到表面贴置压电??驱动器的薄壁板件模型的运动学方程以及其联合边界条件如下：??５４ｍ＾?ｄＡｗ?３４ｗ?．．??Ｄ＾＋２＾Ｗ＋＾）＋ｐ?ｐＷ＝ｆ｛ｘ＾ｌ）??ｘ＿?（２－１２）??－＾?＋?ｈｐ）［ＡＳ：?（ｘ）ＡＨｖ（ｙ）?＋?ＡＨｕ?（ｘ）Ａ５：（ｙ）］??１６??
使用压电纤维片驱动器对悬伸结构体进行振动控制的研究｜６４＠７］可知，由于压电??纤维片自身的输出结果类似于弯矩作用，所以压电纤维片驱动器的布置位置越靠??近悬伸结构体的固支端，其对被控结构体悬伸端的驱动影响越大。??为了使得压电纤维片的驱动效果在位置布置方面能够最大限度的应用，本研??究将压电片贴置于薄壁板件Ｘ轴向中间并靠近工件加持端的位置。此外，考虑到??压电驱动器在实际贴置过程中，需要使用特殊的胶水且其一段接有导线，故压电??片的下边距离工件的加持处留有一段较小距离。??参照图２－１的模型示意图，本小节所进行的静变形仿真有以下几何参数。??表２－１模型静变形仿真几何参数??长?Ｚ?（ｍｉｌｌ）?宽?ｆＦ（ｍｍ）?厚度?／ｐ?（ｍｍ）??薄壁板件????１２０?１２０?４??定位（ｍｍ）?厚度ｔｏ?（ｍｍ）??压电驱动器?《１?ｕ２?ｖｌ?ｖｌ????０．４??５０?７０?２０?５８??￣￣在仿真中薄壁板件的材料参数设定于铝镁合金５０５２的材料参数一致，分别??为密度ｐ＝２６８０?ｋｇ／ｍ３，杨氏模量￡＝７００?ＧＰａ，泊松比ｖ＝０．３３０；压电纤维片的特??性参数与后续实验根据性能需求选用的型号一致，参考产品说明分别有弹性模量??￡＾＾＝１５．８５７００３?压电常数?／７３〗＝４．６Ｅ＋０２?ｐＣ／Ｎ。??如图２－４所示为压电驱动器在分别不同的工作电压时被控薄壁件的变形情况??仿真结果。仿真过程中依次为压电驱动器赋以５００Ｖ，?９００Ｖ和Ｉ２００Ｖ的输入电??压，得到相应的薄壁件变形情况。??ｘｌ〇４??＼?切削Ｓ各径：?５?＾２］?一一?—??０．１
【参考文献】：
期刊论文
[1]Chatter stability prediction in four-axis milling of aero-engine casings with bull-nose end mill[J]. Zhou Xu,Zhang Dinghua,Luo Ming,Wu Baohai. Chinese Journal of Aeronautics. 2015(06)
[2]航空铝合金薄壁件加工变形有限元仿真与分析[J]. 毕运波,柯映林,董辉跃. 浙江大学学报(工学版). 2008(03)
[3]基于T-S模型的自适应神经模糊推理系统及其在热工过程建模中的应用[J]. 于希宁,程锋章,朱丽玲,王毅佳. 中国电机工程学报. 2006(15)
[4]航空铝合金7050-T7451铣削力模型的实验研究[J]. 王立涛,柯映林,黄志刚. 中国机械工程. 2003(19)
硕士论文
[1]支杆式风洞模型主动振动抑制方法与实验研究[D]. 姜尔东.大连理工大学 2014
本文编号：2992357
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2992357.html
教材专著
