理论教育 解析颤振机理与抑制方法

解析颤振机理与抑制方法

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:在颤振的机理得到解释之后,人们开始致力于颤振抑制的研究。Nayfeh和Nayfeh[173]采用时滞反馈控制的办法去抑制车削加工中的颤振。后来,Long[29]又在研究铣削颤振的工作中采用了一种被称为半离散化方法,讨论了变转速控制对抑制铣削颤振的有效性。此外,值得一提的是,近期Kong等人[190]的研究表明,不仅周期性变转速,采用混沌信号改变主轴转速也能取得不错的颤振抑制效果。

解析颤振机理与抑制方法

在颤振的机理得到解释之后,人们开始致力于颤振抑制的研究。想要避免切削颤振的发生,最简单的办法就是改变机床的刚度或阻尼特性,从而使得这种自激振动不能发生。根据得到的“Lobes”图去优化加工过程中的进给速度和工件转速等运动参数是一种有效地避免颤振产生的方法[117]。不仅如此,不同的研究者还提供了不同的思路去控制切削加工之中的颤振,例如Chen和Knospe[172]在实验中选用了主动磁轴承控制了车削加工之中的颤振。Nayfeh和Nayfeh[173]采用时滞反馈控制的办法去抑制车削加工中的颤振。除了从线性控制的角度出发,Nayfeh等人[174,175]还采用非线性控制的思想,通过给切削过程的控制方程引入立方非线性,大大地减小了车削过程中颤振的幅值,并将该过程中的亚临界Hopf分岔转化为超临界,从而避免了颤振与稳定磨削共存的情况发生。他们继续采用振动控制(Quench Control),将车削颤振的振幅继续缩小,从而降低颤振对于车削加工的影响。

后来,有人在研究铣削过程的时候发现采用等间距切削刃的铣刀并不是维持铣削稳定性的最好选择。于是,他们开始尝试使用非等间距刀刃的铣刀,Doolan[176]、Tlusty[177]和Fu等人[178]都先后对这一想法进行了理论分析和实验验证,并最终验证了这一方法的有效性。与此同时,人们还发现不仅空间上的不一致能够有效地抑制颤振的发生,时间上的不一致也可以达到同样的目的。于是,人们开始尝试使用变转速的方式去抑制颤振,后来也证明这是一种比较容易实现且效果相对较好的方法。

在20世纪70年代,有很多关于周期性变转速控制的研究工作相继地展开[179-183]。但在1984年,Jemielniak和Widota[184]指出,这些研究成果的结论中有许多相互矛盾的地方,且大部分都没有能够和实验结果符合得很好。在接下来的时间里,很多研究者从不同角度出发,讨论了周期性变转速控制的效用。Tsao等人[185]将动力学方程离散,并通过讨论其特征值研究了车削之中变转速控制的效果。之后,Jayaram 等人[186]又结合傅里叶变换和Nyquist图讨论了该方法的有效性,并得到了较为满意的结果。后来,Namachchivaya、Van Roessel[16]和Demir等人[187]又采用中心流行约化[188]讨论了车削加工中变转速控制的有效性。在同一时间,Namachchivaya又与Beddini[189]合作,用多尺度方法再次证明了结果的正确性。后来,Long[29]又在研究铣削颤振的工作中采用了一种被称为半离散化方法,讨论了变转速控制对抑制铣削颤振的有效性。此外,值得一提的是,近期Kong等人[190]的研究表明,不仅周期性变转速,采用混沌信号改变主轴转速也能取得不错的颤振抑制效果。(www.daowen.com)

以上的讨论主要集中在车削和铣削领域,相对来说,抑制磨削颤振的工作稍微少一些。最早,Inasaki等人[191]采用数值仿真的办法探讨了磨削加工中采用连续周期性改变工件转速抑制颤振的有效性,并指出这始终是一种有效抑制磨削颤振的方法。随后,Knapp[192]也通过实验的办法得到了相似的结论。近期,Barrenetxea[193]和Álvarez等人[194]都采用实验和数值的办法研究了无心磨削加工过程中变工件转速对磨削稳定性的影响。

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