论文部分内容阅读
薄壁件因其具有重量轻、结构强度大等特点,在航空航天、能源和运载等关乎国计民生的领域得到了广泛应用。随着科技的发展和经济水平的提升,各行各业对薄壁件的需求也持续增加。加工薄壁件时,通常会选择对毛坯件直接进行高速铣削加工一次成型。在此过程中,不论在理论还是实践方面都面临诸多的问题,铣削振动即为其中一个重要的亟待深入研究的课题。铣削振动产生后,不仅会导致工件加工质量不满足要求重新加工而降低生产率,而且还会磨损刀具,甚至产生噪声损害操作者的健康。目前,铣削振动的控制主要集中在对主轴-刀具和夹具的控制,意图对二者施加作用力来改变系统的闭环阻尼和刚度,达到削弱振动的目的。由于精密加工对主轴、夹具的制造精度要求很高,在采用主轴-刀具或夹具进行铣削振动控制时,如何合理设计驱动器和观测器反而超过了对铣削振动控制的关注,成为了一项更为紧要的任务。而本文介绍的铣削振动主动控制平台利用薄壁零件作为驱动器的受力部位,方便了控制算法的实现,可显著消除振动。铣削过程中薄壁件的振动过程复杂,尚无精确的理论可描述此过程,需实验测量建立振动模型。建立模型之后,采用预测控制作为控制算法进行振动控制。预测控制算法可以通过振动模型对系统未来动力学进行预测,从而提前动作,更快达到设定值;另外,执行机构皆有物理约束,而预测控制可以将约束显示包含在求解控制量的过程中,控制效果更佳。本文在薄壁件铣削振动主动控制平台上实现了广义预测控制(Generalized PredictiveControl, GPC)和基于Laguerre模型预测控制(Laguerre Model Predictive Control, LMPC),并对其进行了薄板振动抑制的实验测试,最佳的抑制效果可以达到75%。在MIKRONUCP800Duro数控机床上铣削薄板,研究了薄板铣削振动的情况,对振动位移进行建模,完成了应用预测控制对铣削振动的仿真分析,仿真结果表明预测控制具有30%左右的消振效果。