镗削再生颤振的积极抑制毕业课程设计外文文献翻译、中英文翻译、外文翻译

1 镗削再生颤振的积极抑制 摘要 镗削的加工性能经常受加工中振动的影响。在各种振动来源中 ,再生颤振是最不利的。它不仅限制了切削深度，对表面质量也有不利的影响，同时也会损害工具寿命。尽管加工系统是一种分布式的系统，通用的控制器是根据一个简化后的单自由度切削过程模型来设计的。这是因为大部分切削过程只存在着一个主导模式。然而，简化后就会出现一些问题。首先，因为系统本身是分布式系统，理论上它是由无数个振动模型组成，当控制器仅仅控制主要的模型，被用来控制主导模型的能量会激起原本静止的机构的振动，即引起所谓的溢流问题。 第二、单自由度控制器设计的成功依赖于有效的精确的模型参数（如质量当量，刚度，阻尼 )，但不幸的是获取这些参数非常困难。因为所有的参数随加工过程的变化而变化。在这篇论文里，将从波的观点，在广义的频率中来吸取振动能来设计减振器，来提高镗刀的加工性能，相对于当前流行的控制器设计，波控制器的设计是真正基于分布式切削系统模型，这个抑制颤振的控制模式的主要优点是它的稳定性。这个控制模式也可以消除控制溢流问题。 一、简介 金属切削中的振动总体上是受迫振动和自激振动引起的。受迫振动是由回转件的失衡引起的，比如失衡的驱动系统， 伺服不稳定或者多齿零件的撞击。受迫振动可以认为是由振动频率和受迫力频率对比引起的，但相应的措施可以被用来减小或消除这些振动来源。 自激振动包括两部分：基本类型（不可再生类型）和再生类型。不可再生式自激振动出现在回转件的波动表面对系统的振动没有相影响的时候，如车螺纹。因此它只和切削过程中受到的力有关。再生式自激振动是因为工具通过时，系统的振动和回转件的波动表面相互作用产生的，再生式自激振动对加工过程的影响最为不利，因此它是这篇论文的焦点。 再生颤振抑制已经被做了大量的研究，传统设计中阻尼和刚度是被谨慎处理的。 被动和主动的减振器已将开始被应用了，我们可以根据动力学的波形图来选择轴的速度和速度变化。 主动控制器采用了速度反馈，最佳的和最适合的算法。尽管加工系统是分布式的，但所有通用的主动控制器都是根据单自由度的切削模型来设计的。这样的简化存在一些潜在的问题。首先，因为系统本身是分布式系统，理论上它是由无数个振动模型组成，当控制器仅仅控制主要的模型，那被用来抑制主要模型的能量会激起原本静止的模型的振动，这就不可避免的引起了所谓的溢流问题。第二。单自由度控制器设计的成功依赖于有效而精确的模型参数（如质量当量，刚度， 2 阻尼 )，但不幸的是获取这些参数非常困难。因为所有的参数随金属切削和机床移动部件的变化而变化。 这篇论文的目的在于通过一种反馈波控制器来解决以上在实际分布式切削系统中存在的问题。这种控制实际思想不仅可以消除控制溢流，也能大大的减小主要模型和剩余的分布式模型引起的振动。此外，反馈波控制器的设计还要求有结构局部特征方面的知识，它对系统的不确定因素敏感度很小，因此更加稳定。 二、系统模型 加工系统通常可以被模拟成带有边界范围的一维分布式结构。对于一个不回转的镗削加工，工件比镗刀本身还硬。典型镗刀的扭转硬度比弯曲硬度要大 ，因此它可以被模拟成一种悬臂梁。使用一维分布式结构的弯曲欧拉梁，动力学平衡方程式如下： ),(),(),( 2244 （ 1） x 是沿着横梁的距离， t 为时间， ),( 集中力， 为密度， 古典偏微分方程的解决方案通常使用本征函数展开 。响应通过无数个组件模式之和来表达： )()(),(1ii i （ 2） )(和 )(i=1,2, )分别是系统的模态形状和模态坐标。这种模态形状通常使之标准化： ,.,)()(0 i (3) L 是悬臂梁的长度， 是狄拉克函数 运动的方程式可以用模态坐标来描述： . . . ,2,1),()()( 2. (4) .,.,2,1,)(),()( 0 (5) 应该指出，在实际中式组件的数量通常用 一个主导模式的情况下， n =1. 在切削力和刀具在切削过后留下的起伏不定的工件表面相互作用下，方程式 3 1变为： ),()()(),(),( 2244 c (6a) 工件材料和刀具形状决定的， B 是切削深度， T 是周期，是重叠因子， 在 0到 1之间变化，在最坏的情况下（ =1），上式变为： ),()()(),(),( 2244 c (6b) 运用模态坐标来表达动力方程式，和方程 1到 4相同的步骤： . . . ,2,1),()()()()( 22. (7) b= 是关于切削深度的无量纲参数，i 个模式下的自然频率。 方程式 7是结构无阻尼自由振动微分方程，事实上因为没有纯粹的结构无阻尼自由振动微分方程存在，假设结构存在粘滞阻尼，方程式就变为： ) , .()()()()(2)( 22. (8) 通常i是个 0 到 1间很小的正数，最常用的是i 三、反馈波控制的设计 这种金属切削过程中的振动抑制反馈控制是从波的观点来设计的。当遇到一个障碍物，入射的振动波一部分是透射，一部分是反射。主动控制力就是被用来产生这样一个“主动的”障碍物，以便于来控制透射和反射的振动波， 考虑一个搭配的传感器和执行机构的安排 ， 假设波控制力 作用于一点，控制力在频率范围内可以写成以下方程式： ( (9) )(控制器的频率响应。 传输矩阵 t=I+ c, r= c （ 10） I 是单位矩阵 ,)()1( )(,11 2/3 (11) 4 4 3)(4/)()( w . 一系列可能的控制方法在反馈波控制器的设计过程中被研究。这里提供一个最佳的能量吸收控制器，被设计来最大化的吸收在一个宽频带里由起伏的部件引起的振动能。也就是让 22 最小。因此最佳的控制器被认为是： 2/34 3 )1()()( . (12) 注意理想的控制器具有频率依赖性，在实际执行中，控制器必须接近于理想。在通常金属切削过程中，只存在一个主模式。因此这个控制器可以通过调节控制器在主模式的频率内达到最佳来获得。这接近于最佳的控制器是： ),()( 21 w (13) 其中 2/34 31 )(2 )(2 假设波控制力被应用于制力相对于变量 ).(),(),(),( cc (14) 它可以看成比例和导数调节器。控制增益的设计也是从从波的观点出发的。 实现了波控制后方程式（ 6b）变成： ),(),()()(),(),( 2244 (15) 运动方程式可以再一次分解： )()()()()()()()()()()(2)(11222. (16) 写成矩阵形式： )()()()()( . d , (17) .),()()1(),()(,)() . . .()(,)() . . .()(122121 其中 M=I,矩阵上 入状态向量 ,:)()(.)( )()()()(. (18) 5 00,101111结论 在这篇论文里，一个从波的观点出发在一定频率范围内吸收振动能的减振器被应用在再生振动的镗削过程中。尽管在系统中有一个主要的模式主导响应，但剩下的模式也或多或少影响着系统的振动。此外，当控制器仅仅由主模式来设计时，就可能会出现控制溢流（被用来控制主要模式的力会引起剩余模式的变化），就像从勃朗宁实验观察的一样。在这次研究中，控制器在在很宽的频率内设计的，阻尼在这频率范围内的模式上。因此它不仅能消除溢流问题，也能很好地减小主模式和其他模式引起的振动。 6 原文： as of is by at of in is to be It as a is a a of is it in of is a it of of is to s) 1. in in is of is to of as a or a In be by of of be to of or of is no of in of as in if is to of of is to of by of is to be in it of 7 A of on on of is a a of is it in of is a it of of is to s), to s) of a of of a of on of as is to is is a is a of at by a on a by as as by of of to of It is to s as a 2. in be as a is in in it be as a in s 8 of is as ),(),(),( 2244 (1) x is t f(x,t) E s I of of of to is be as a of an of ()(),(1ii i (2) (xi(i=1,2, ) of in ,.,)()(0 i (3) is of of be in of . . . ,2,1),()()( 2. (4) i th ,.,2,1,)(),()( 0 (5) It be in a of as a of is in n of n=1. of by 1) 1 ),()()(),(),( 2244 c (6a) by B of is 9 of . 1), ),()()(),(),( 2244 c (6b) of in of by as 1)-(4),. . . ,2,1),()()()()( 22. (7) b= is of i th 7) an no in in of is ) , .()()()()(2)( 22. (8) iis a , of i . 3. he of is a an is An is to so as to or a a be in ( , (9) wH(w) is of t r at t=I+ c, r= c, （ 10） 10 is )()1( )(,11 2/3 (11) 3)(4/)()( . A of in an is in is to by in a in to 2 . In is to 2/34 3 )1()()( . (12) is a a be an to 29 It is in be by to be at of is ,()( 21 w (13) )(2 )(2 is at in is ).(),(),(),( cc (14) It be it to of 6b) ,(),()()(),(),( 2244 (15) of be in of 11 )()()()()()()()()()()(2)(11222. (16) be in )()()()()( . d , (17) ),