本文關(guān)鍵詞：基于磁流變液的機床減振技術(shù)研究　出處：《長春理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 振動控制 磁流變液 磁流變阻尼器 模糊控制 機床 減振 半主動控制

【摘要】：現(xiàn)代機械制造技術(shù)向著高精度、高生產(chǎn)效率、高加工質(zhì)量和制造自動化技術(shù)方向發(fā)展,但是制約上述發(fā)展的主要因素是機床振動,在機械加工過程中,機床振動的危害主要有:使工藝系統(tǒng)的各種成形運動受到干擾和破壞,使加工表面出現(xiàn)振紋,增大表面粗糙度值,惡化加工表面質(zhì)量;振動還可能引起刀刃崩裂,引起機床、夾具連接部分松動,并且優(yōu)化了刀具、機床和夾具的壽命使用時間;由于切削用量的增加受制于機械振動,也就是使生產(chǎn)效率降低,抑或是導(dǎo)致切削加工的停止;就工人的健康來說,振動是非常嚴重的噪聲污染。在機械加工領(lǐng)域,探討如工藝系統(tǒng)抗振性和消除振動的措施的提高,考察機械振動機理,一直是一項重要課題。但是目前,機床振動、噪聲、控制所需的基礎(chǔ)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)還相對薄弱。減振降噪無論對于低頻加工機床如:沖床、鍛床、還是對于高頻加工機床如:一些精密、超精密加工機床,都具有十分重要的實際意義。減振降噪是保障加工質(zhì)量、獲得較高的加工精度和較低的表面粗糙度、確保機床工作平穩(wěn)、可靠的關(guān)鍵技術(shù)。本文就是針對機床減振這一問題展開研究,提出將磁流變減振技術(shù)嘗試用于機床減振,引入新型智能磁流變液阻尼材料,研發(fā)了一種可變阻尼、可實現(xiàn)半主動模糊控制的磁流變阻尼的機床減振器。針對現(xiàn)代機床高精度、高速度、高效率的加工要求,對磁流變阻尼器從理論與實驗兩方面進行了研究。以兩種磁流變液為樣本,全面分析了磁流變液特性,闡述了磁流變液在靜態(tài)和動態(tài)剪切場下的本構(gòu)關(guān)系,建立了磁流變液的剪切屈服應(yīng)力、粘度與剪切速率關(guān)系以及與剪切屈服應(yīng)力與磁場強度關(guān)系,為磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計提供依據(jù);根據(jù)項目實際確定了一種雙出桿剪切閥模式磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu),根據(jù)理論公式,確定了其結(jié)構(gòu)的主要參數(shù);闡述了電磁場理論并對磁場參數(shù)及電磁路進行了分析,采用高斯計對磁流變阻尼器工作間隙的I與H關(guān)系理論值和磁流變阻尼器工作間隙的I與H關(guān)系實驗值進行的擬合并加以比較,驗證了理論分析的正確性。建立了基于磁流變阻尼器的動力學(xué)模型,在分析經(jīng)典模型如BingHam模型、BoucWen修正模型、非線性滯回模型等存在不能很好地模擬磁流變減振器的非線性動態(tài)特性,或參數(shù)過多不便于數(shù)值處理等缺陷的前提下,結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,給出了模型建立步驟,并用實際算例表明,該方法能夠簡潔而準確地預(yù)測磁流變阻尼器實際阻尼力,得出在相同頻率,相同電流下,振幅大的工況比振幅小的工況,阻尼力偏大的結(jié)果。對磁流變阻尼器制造與性能進行了測試,結(jié)果表明,阻尼器的滯回曲線非常飽滿,有較強的耗能減振特性,阻尼器的阻尼力可調(diào)系數(shù)隨電流變化連續(xù)可調(diào),阻尼力可調(diào)系數(shù)約為30。提出了將磁流變阻尼器用于機床系統(tǒng)減振,研發(fā)出機床磁流變減振器。通過半主動模糊控制技術(shù),為實現(xiàn)機床振動幅度的減小,調(diào)動磁流變阻尼器的阻尼和剛度參數(shù),達到減小機床振動的目的,為高質(zhì)量穩(wěn)定加工提供了有力的保障。搭建了磁流變阻尼器半主動模糊控制系統(tǒng)實驗平臺,通過仿真得出,機床減振系統(tǒng)的最佳阻尼比應(yīng)該控制在0.26左右。可根據(jù)機床工作的實際狀況,通過半主動模糊控制算法,實時調(diào)整系統(tǒng)的阻尼比,達到良好的減振效果。試驗結(jié)果表明:機床切削過程振動幅值比未加磁流變阻尼器的振動幅值減小了28.8%,均方根減小了20.7%,本研究設(shè)計的基于模糊控制算法磁流變減振裝置,具有顯著的減振效果。針對XD-30A立式數(shù)控銑床,建立了五個自由度機床動力學(xué)模型,為機床動態(tài)特性分析、機床與磁流變阻尼器的最佳匹配、實現(xiàn)機床減振的最佳控制鞏固了理論基礎(chǔ)。本文提出新的磁流變阻尼機床減振系統(tǒng)模糊控制器,對其模糊控制基本原理和模糊控制器進行了分析,由于磁流變阻尼器的非線性特性,當輸入不同的激勵信號時,相應(yīng)的不同的控制參數(shù)會有所改變,目前十分準確對控制參數(shù)進行測量和識別會有所困難,傳統(tǒng)控制算法,主要都是面向模型的,而且對被控對象的線性模型十分依賴,當在實際應(yīng)用中面對機構(gòu)的不確定、時變、非線性特性的狀況時,這些現(xiàn)實狀況極大得影響了這種方法的實施。鑒于機床振動控制的現(xiàn)實需要,提出了天棚控制策略、PID控制策略和模糊控制策略,并對三種控制策略在實際機床振動控制的有效性進行了實驗研究,通過磁流變減振實驗驗證,模糊控制策略減振效果顯著。本文對磁流變阻尼機床減振系統(tǒng)模糊控制的幾項關(guān)鍵技術(shù):磁流變液特性、磁流變阻尼器的動力學(xué)模型、半主動模糊控制技術(shù)、機床系統(tǒng)建模和基于磁流變阻尼機床減振實驗進行了詳細深入的研究,所做工作對于有效抑制機床的振動具有重要的指導(dǎo)意義和參考價值。
[Abstract]:This paper studies the vibration and vibration of machine tools , and it is very important to study the vibration and noise of the machine tool . The results show that the damping ratio of MR damper can be accurately predicted by means of semi - active fuzzy control technology . The results show that the damping ratio of MR damper can be adjusted by half active fuzzy control algorithm . The basic principle of fuzzy control and fuzzy controller are analyzed . Because of the nonlinear characteristic of magneto - rheological damper , different control parameters can be changed when different excitation signals are input .

【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG502

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本文編號：1436790