研究生畢業(yè)論文開題報告

基于擠壓模式磁流變裝置的外圓車削減振機(jī)理研究

開題人：趙翃

專業(yè)：機(jī)械制造及其自動化指導(dǎo)老師：張永亮副教授

2013-1-13基于擠壓模式磁流變裝置的外圓車削減振機(jī)理研究1.課題的來源及意義3.課題的研究目標(biāo)及內(nèi)容4.課題的研究方法、實施方案及可行性分析5.工作進(jìn)度安排2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀課題的來源及意義課題來源及意義

由于機(jī)床切削顫振的振動位移和振幅較小，

切削顫振的危害:使工件表面精度降低；使刀具與機(jī)床設(shè)備的使用壽命降低甚至損壞降低切削效率；顫振還會產(chǎn)生極大的噪聲,惡化工作環(huán)境。

針對諸多危害，現(xiàn)有以下控制方法:通過增大機(jī)床基礎(chǔ)件剛度與阻尼實現(xiàn)減振增加了機(jī)床成本，而且使得機(jī)床結(jié)構(gòu)變的更加復(fù)雜；通過吸振和隔振等元件，來吸收主振部位的振動，該法無法實現(xiàn)即時調(diào)節(jié)，適用范圍狹窄；通過改變切削參數(shù)，避免振動的發(fā)生的方法法對機(jī)床的性能有較高要求，并很難在精加工中使用。

可見以上這些方法都存在一定的缺陷，智能材料—磁流變材料的出現(xiàn)正彌補(bǔ)了傳統(tǒng)減振中的不足，通過實時調(diào)整作用于磁流變液的磁場強(qiáng)度在線實時控制機(jī)床，達(dá)到有效控制切削振動目的。目前，磁流變裝置主要有流動模式，剪切模式及擠壓模式三種工作模式，流動模式適合用于設(shè)計閥類器件；剪切模式一般適用于設(shè)計行程較大的器件；擠壓模式兩磁極的相對運(yùn)動幅度相比剪切模式小得多，但能獲得較大的應(yīng)力，研制擠壓工作模式的減振器對妥善解決切削振動以提高加工精度將具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。

磁流變裝置主要是在程控電源激勵下工作，然而由于磁流變液的動態(tài)阻尼呈現(xiàn)強(qiáng)非線性關(guān)系，在一定程度上很難把握最佳電流從而得到最佳控制，為此研究電流對磁流變阻尼力的影響，這為基于磁流變裝置切削控制將提供精確的實驗依據(jù)。課題來源及意義

綜上所述，本課題將設(shè)計一個基于擠壓模式磁流變減振裝置，建立并推導(dǎo)基于磁流變減振裝置的車削系統(tǒng)動力學(xué)模型及微分方程，對磁流變效應(yīng)引起的變參數(shù)車削系統(tǒng)振動響應(yīng)進(jìn)行理論分析，總結(jié)控制規(guī)律，據(jù)此進(jìn)行車削顫振的磁流變減振控制試驗。本課題的成功實現(xiàn)將為更有效地利用磁流變效應(yīng)控制切削顫振以提高加工精度提供理論基礎(chǔ)和實踐指導(dǎo)。

本課題受到了上海市教委項目—“磁流變材料在切削顫振控制中應(yīng)用的研究”（NO.09YZ224）和國家自然基金的資助。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1切削振動控制研究現(xiàn)狀被動控制Semercigil和Chen等利用被動控制方法，采用沖擊式阻尼器對端銑過程中的切削顫振進(jìn)行了抑制造價低廉、安裝方便，但系統(tǒng)參數(shù)不能改變，難以適應(yīng)切削狀態(tài)的變化主動控制Hajikolaei和Huyanan等利用主動控制策略對附加在切削系統(tǒng)中電磁阻尼器進(jìn)行控制以削弱顫振可在線控制，但成本較高、結(jié)構(gòu)龐大、可靠性差半主動控制孔天榮將通過對施加于磁流變減振器上電流的控制來實時在線控制智能鏜桿，取得了很好的減振效果。借助智能材料優(yōu)良的機(jī)電耦合特性，兼具了主動控制適應(yīng)性強(qiáng)和被動控制可靠性高的優(yōu)點(diǎn)智能控制蓋玉先和董申等等提出了將模糊控制系統(tǒng)與空氣彈簧隔離系統(tǒng)相結(jié)合的辦法來控制超精密車床的振動不依賴系統(tǒng)的精確模型，控制精確，能適應(yīng)切削狀態(tài)的變化國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2磁流技術(shù)研究現(xiàn)狀磁流變動力特性

杜奎等通過對磁流變阻尼器進(jìn)行動態(tài)特性研究，結(jié)果表明系統(tǒng)阻尼力以磁流變液屈服引起的庫侖阻尼力為主；張進(jìn)秋等對剪切閥式磁流變阻尼器進(jìn)行動態(tài)特性實驗研究，結(jié)果表明磁流變阻尼力隨控制電流的增大呈非線性增加磁流變液工作模式主要有流動模式、剪切模式、擠壓模式。劉會兵等設(shè)計了一種基于圓盤擠壓模式磁流變懸置用于發(fā)動機(jī)隔振模糊控制，等到了很好的隔振效果磁流變液的工程應(yīng)用目前磁流變材料已廣泛應(yīng)用于車輛工程、土木建筑、機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域課題研究目標(biāo)及內(nèi)容課題研究目標(biāo)及內(nèi)容課題所要研究的目標(biāo)及內(nèi)容設(shè)計研制出與刀具一體的磁流變減振裝置并進(jìn)行安裝調(diào)試建立基于磁流變減振裝置的二自由度系統(tǒng)動力學(xué)模型，分析不同電流下系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性，提煉抑制車削顫振的最佳電流參數(shù)編寫數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲、信號處理等程序，搭建減振實驗軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)，研究基于磁流變裝置車削顫振控制方法，進(jìn)行磁流變效應(yīng)的車削減振控制試驗課題的研究方法、實施方案及可行性分析課題的研究方法、實施方案及可行性分析應(yīng)用機(jī)床動力學(xué)、系統(tǒng)建模與仿真等知識建立磁流變減震裝置的車削減振二自由度系統(tǒng)的動力學(xué)模型，利用多普勒激光測振儀測試不同電流下磁流變減振裝置的動力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而通過動力學(xué)模型分析不同電流下的振動響應(yīng)特性，并通過matlab對其仿真

本課題利用磁流變效應(yīng)，結(jié)合CA6140車床設(shè)計，運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械設(shè)

計、制作工藝基礎(chǔ)及公差配合等知識進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸鏈的計算，通過三維軟件Solidworks及二維軟件AutoCAD作圖設(shè)計出磁流變減振裝置2

基于上述理論研究結(jié)果，結(jié)合智能控制理論，研究基于本文磁流變裝置

的減振方法，目前，智能控制技術(shù)在智能交通系統(tǒng)、智能機(jī)器人等工程領(lǐng)域已有很多成功的應(yīng)用，而MATLAB等軟件也提供了很多供智能控制研究的工具箱和SIMULINK仿真工具，這些為結(jié)合智能控制思想研究控制切削顫振方法提供保障。13基于上述研究，搭建車削顫振減振試驗軟硬件平臺，進(jìn)行磁流變效應(yīng)的車削減振控制試驗。本課題已擁有實驗所需的數(shù)據(jù)采集卡、電荷放大器、程控電源等設(shè)備，可以保障課題研究的順利進(jìn)行4工作進(jìn)度安排研究進(jìn)度及時間安排121110987321

研究進(jìn)度及時間安排起止日期課題階段工作進(jìn)度2012.9-2013.1閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，寫開題報告2013.1-2013.3進(jìn)行本課題的磁流變減震裝置的設(shè)計、加工2013.3-2013.6對基于磁流變減震裝置的切削系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)分析2013.6-2013.7進(jìn)行磁流變裝置動力