【摘要】：深孔鏜削加工中,鏜桿的振動是制約加工質量與效率的關鍵因素。由于振動的存在,易產生內孔表面缺陷(振紋、微裂紋),降低工件表面精度,縮短刀具使用壽命(易崩刃),衰減機床精度,振動嚴重時甚至威脅操作人員與機床設備的安全。隨著科技的不斷發(fā)展,深孔類零件在涉及關系國防與民生的重大領域(軍工、航空航天、能源裝備等)得到了廣泛的應用。目前受我國制造技術水平的限制,軍用關鍵零部件的深孔加工所使用的刀具大多為進口刀具,此種狀態(tài)對我國國防安全產生極大威脅,實現(xiàn)深孔加工技術突破具有重大需求,而刀具振動的有效控制是實現(xiàn)深孔加工技術突破的關鍵。因此,開展深孔減振刀具原理與控制研究,對實現(xiàn)深孔減振加工技術突破,提升深孔加工質量與效率具有重大意義。對鏜削加工中振動成因進行分析,揭示由于負阻尼,負剛度的存在對鏜削過程的影響。建立了考慮刀具振動的鏜削力模型,獲得刀尖點的振動姿態(tài)與軌跡,并對鏜削表面形貌進行建模,分析了加工參數(shù)與刀具角度對鏜削過程的影響,提出通過動力吸振器對鏜桿的振動進行控制的方法,建立了動力吸振器的動力學模型,分析了外部載荷與系統(tǒng)自身參數(shù)對減振性能的影響,為智能減振鏜桿的設計與振動控制策略的提出提供理論基礎。基于動力吸振理論,提出通過智能控制變剛度吸振器剛度,實現(xiàn)對智能減振鏜桿減振性能進行調節(jié)的方法,并完成了智能減振鏜桿的設計�；谒⒘说淖儎偠任衿鲃恿W模型,揭示變剛度吸振器的工作原理。在以上研究基礎上,完成了智能減振鏜桿動力學模型的建立和減振性能分析,發(fā)現(xiàn)幅倍率曲面存在減振區(qū)域與非減振區(qū)域,最終獲得最優(yōu)曲線與最優(yōu)控制點,為智能減振鏜桿控制系統(tǒng)提供理論最優(yōu)解。通過對振動信號的分析,掌握在鏜削加工全周期中鏜桿振動的變化規(guī)律。提出振動狀態(tài)評價指標,為振動狀態(tài)的判斷與減振控制提供閾值,實現(xiàn)振動狀態(tài)的感知評價與減振性能反饋。提出智能減振鏜桿控制策略,通過小區(qū)間遍歷的方式實現(xiàn)智能減振鏜桿實際最優(yōu)解的求解,并對控制系統(tǒng)進行性能分析�；贐P神經網絡實現(xiàn)振動狀態(tài)辨識,并通過遺傳算法優(yōu)化的BP神經網絡實現(xiàn)智能減振鏜桿的智能學習,使智能減振鏜桿能夠快速查找與預測實際最優(yōu)解,提高智能減振鏜桿減振性能調節(jié)效率。在此基礎上搭建智能減振鏜桿控制平臺,為智能減振鏜桿提供控制系統(tǒng)。對所提出的智能減振鏜桿的零部件動力學基礎參數(shù)進行測試,確保理論模型中參數(shù)的準確性。同時,對智能減振鏜桿進行靜/動態(tài)性能測試及穩(wěn)態(tài)激勵實驗,獲得智能減振鏜桿的靜/動力學特性。在此基礎上,進行鏜削實驗,分析切削參數(shù)對智能減振鏜桿振動特性的影響,為實際加工中切削參數(shù)的選取提供指導。最后通過減振性能驗證實驗,驗證智能減振鏜桿的減振性能,此部分研究對智能減振鏜桿的使用具有一定指導意義。以智能減振鏜桿為研究對象,針對智能減振鏜桿在深孔加工中的振動控制展開深入研究。提出一種集狀態(tài)感知、智能控制、智能學習功能于一體的新型智能減振鏜桿。對涉及鏜削過程、狀態(tài)感知、減振機理、減振性能調節(jié)、智能控制策略和智能學習等關鍵技術展開研究,研究結果對智能減振鏜桿的設計和使用具有一定的指導意義和參考價值。
【圖文】：

第1章 緒論1.1 課題研究背景及意義在金屬切削加工領域，據(jù)不完全統(tǒng)計，內孔加工約占金屬切削總量的33%[1]。20 世紀以前，，深孔加工技術多應用于保密的軍工領域，且因加工難度大、加工成本高而聞名于整個機械制造業(yè)。隨著科學技術的發(fā)展，深孔加工技術在軍用、民用領域均得到了廣泛的應用，其中多涉及關系國防與民生的軍工裝備[2]、航空航天[3]、能源裝備[4]等重大領域。如：軍用炮筒、艦用燃氣輪機高/低壓渦輪軸（如圖 1-1 所示）、航空發(fā)動機中軸類零件的加工都屬于大長徑比的深孔加工。機械產品中的精密深孔往往是最重要和最關鍵的部件，其加工精度和表面質量對整個設備的使用性能與服役壽命均有重大影響，一旦零件存在微裂紋、振紋等加工缺陷將會在軍用或民用的使用中造成不可估量的后果。因此，如何提高精密深孔的加工質量和效率，是機械加工中的難點和亟待解決的重要課題。

3(a)、1-3(b)），降低工件表面精度，縮短刀具使用壽命（易崩刃）（見圖 13(c)），衰減機床精度，且在加工中伴隨有大量噪音，振動嚴重時導致零件報廢。因此，對于深孔加工減振技術的研究需求極為迫切，實現(xiàn)深孔的減振加工對深孔加工技術突破、提升深孔加工質量與效率具有重大意義。
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG53

【參考文獻】

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本文編號：2601366