薄壁件时变切削系统自适应主动振动控制研究

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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态下的响应特性分析,为后续控制算法建立提供理论支撑。通过具体实验观察压电纤维片控制作用下的薄壁件受驱动输出特性,验证压电纤维片作为控制驱动器的有效性。然后,提出基于加速度反馈的控制策略,并进行相应的设备选型及系统搭建。考率薄壁件铣削的时变特性,提出自适应时空依变PD控制方法,并进行相应的控制参数选定及基于Simulink模块的控制算法实现。通过锤击实验分析控制系统对切削稳定性的影响,通过切削实验验证变PD控制方法的有效性。最后,在应用变PD控制方法的基础上,应用ANFIS系统对控制系统进行进一步的参数优化。采集训练数据集,搭建模糊推理模型训练框架,进而获得被控薄壁件铣削过程的模糊推理模型。应用得到的模糊推理模型进行被控薄壁件铣削过程的响应预测及控制参数优化。通过切削实验验证模糊推理模型的可靠性及参数优化的有效性。
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