發(fā)布時間：2018-02-12 14:30

  本文關(guān)鍵詞： 雙伺服閥并聯(lián) 鍵槽拉削力模型 振動拉削力模型 FFIM—TVC復(fù)合控制 ILC—FPID復(fù)合控制 電液激振拉削系統(tǒng) 振動拉削實(shí)驗(yàn)　出處：《浙江理工大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著拉削工藝在航空發(fā)動機(jī)、航海汽輪機(jī)、汽車制動系統(tǒng)等領(lǐng)域的復(fù)雜曲面成形加工應(yīng)用越來越廣泛,如何改善傳統(tǒng)拉削工藝,特別是有效抑制拉削過程中的非線性力,成為了拉削領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。而振動拉削(Vibration-assisted Broaching,VAB)因其拉削力脈沖化的特性,在改善拉削系統(tǒng)穩(wěn)定性,提高加工精度及效率方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿�。因�?本文緊密結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用項(xiàng)目中的重要研發(fā)目標(biāo),通過探求拉刀振動特性對拉削動特性的影響,獲取激振參數(shù)與動態(tài)拉削力的變化規(guī)律,以期為VAB的高效化產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。但目前電液激振拉削系統(tǒng)的研究主要存在以下難點(diǎn):一是電液伺服激振系統(tǒng)的動力學(xué)問題;二是多齒形拉削的動力學(xué)問題;三是激振系統(tǒng)和拉削系統(tǒng)的耦合動力學(xué)問題。本文針對上述問題,引入了液壓流體力學(xué)理論,閥控非對稱缸模型,拉削力經(jīng)驗(yàn)公式模型和剪切角理論模型,拉刀運(yùn)動方程,三參量狀態(tài)反饋(Three variable control,TVC)和逆系統(tǒng)控制方法(Inverse model control,IMC),迭代學(xué)習(xí)(Iterative learning control,ILC)和模糊PID控制方法(Fuzzy—PID)等,并通過MATLAB/Simulink軟件的仿真計(jì)算結(jié)果和VAB系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)的對比分析,開展電液伺服激振拉削系統(tǒng)動力學(xué)特性研究。本文的主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)通過分析影響振動切削性能的主要因素,再結(jié)合拉削工藝特性,擬定了激振系統(tǒng)方案,再對關(guān)鍵元器件進(jìn)行選型計(jì)算,最終確定了激振缸的具體尺寸和激振閥型號,設(shè)計(jì)出了雙閥電液伺服激振拉削系統(tǒng)。(2)建立了雙閥電液激振系統(tǒng)動力學(xué)模型,并通過Matlab/Simulink仿真計(jì)算,分析了電液激振系統(tǒng)的空載穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性,以及在外力擾動下的位移響應(yīng)和輸出力特性。經(jīng)過多項(xiàng)激振參數(shù)的對比研究表明,雙閥并聯(lián)設(shè)置結(jié)構(gòu)可有效增大激振系統(tǒng)的位移輸出幅值,但由于匯流效應(yīng)對于流量的限制作用,使得位移幅值最大增益為80%;激振頻率和閥芯開口量直接影響了容腔壓力變化特性及位移輸出幅值,而外部負(fù)載力則會加劇對于輸出位移和輸出力幅值的擾動。因此,在振動拉削過程中,若負(fù)載瞬變,則激振缸容腔內(nèi)部壓力特性會產(chǎn)生較大改變,從而導(dǎo)致位移波形的平衡位置發(fā)生“漂移”。(3)建立了電液激振拉削系統(tǒng)動力學(xué)模型,并通過Matlab/Simulink仿真計(jì)算,分析了拉刀運(yùn)動狀態(tài),單齒拉削面積的時域特征與拉削動特性之間的關(guān)系,以及系統(tǒng)耦合特性對于動態(tài)拉削力的影響。經(jīng)過多項(xiàng)激振參數(shù)的對比研究表明,導(dǎo)致振動拉削力動特性與傳統(tǒng)拉削力動特性相區(qū)別的主要因素在于拉削面積的時域特征;激振頻率是影響振動拉削力特性的主要因素,且由于拉削力脈沖化特性,使得平均拉削力明顯下降�；诓煌募ふ耦l率,其下降幅度約為49.6%至67.6%;但受系統(tǒng)耦合作用影響,激振系統(tǒng)輸出特性發(fā)生變化,實(shí)際上振動拉削力的平均值下降幅度為15%至27.4%。因此,為了使振動拉削系統(tǒng)達(dá)到較好的性能,需在拉削過程中實(shí)時調(diào)整激振參數(shù),改變激振系統(tǒng)的輸出特性。(4)提出了雙閥電液激振拉削系統(tǒng)穩(wěn)定性控制策略,針對空載條件下激振系統(tǒng)的輸出波形穩(wěn)定性問題,引入了三參量和逆系統(tǒng)的控制方法,仿真計(jì)算結(jié)果表明:相對于開環(huán)控制,三參量和逆系統(tǒng)復(fù)合控制策略不僅改善了激振系統(tǒng)的頻響特性,而且使系統(tǒng)更容易“復(fù)現(xiàn)”位置指令波形;針對系統(tǒng)的外部周期性負(fù)載對激振系統(tǒng)輸出波形的擾動,引入了模糊—PID和迭代學(xué)習(xí)控制,通過迭代學(xué)習(xí)訓(xùn)練,實(shí)現(xiàn)對激振系統(tǒng)穩(wěn)定波形的閉環(huán)反饋控制,仿真結(jié)果表明,該復(fù)合控制策略可使動態(tài)拉削力擾動下的位移輸出波形逐漸趨于穩(wěn)定,同時也能糾正輸出波形的偏移。(5)開展了雙閥電液激振拉削實(shí)驗(yàn),通過實(shí)測數(shù)據(jù)與仿真計(jì)算結(jié)果的對比分析,一方面驗(yàn)證了所建立動力學(xué)模型的有效性;另一方面也驗(yàn)證了振動輔助對于拉削性能的有益效果。
[Abstract]:闅忕潃鎷夊墛宸ヨ壓鍦ㄨ埅絀哄彂鍔ㄦ満,鑸搗姹借疆鏈，

本文編號：1505851