基于压电迟滞模型的非共振椭圆振动切削装置控制研究

根据所研制的一种典型结构的非共振椭圆振动切削(Elliptical Vibration Cutting,EVC)装置,考虑压电叠堆在非共振EVC装置表现出来的动态迟滞特点,对静态PI迟滞模型进行分段动态化权值处理,构建动态PI迟滞模型描述非共振EVC装置各轴向输入电压与输出位移的关系。通过对迟滞模型的求逆建立非共振EVC装置的前馈控制器,为进一步提高控制系统的精度与稳定性,引入PID反馈环节,用前馈逆控制器加PID反馈的复合控制方法控制非共振EVC装置各轴向输出指定频率、幅值的正弦位移,进而使其合成的椭圆振动轨迹运动频率、轴长和倾角满足需求,实现对非共振EVC装置的控制。试验结果表明,非共振EVC装置在复合控制下能够在频率100Hz以下输出振幅、倾角可调,且运动误差低于3.5%的椭圆振动轨迹。

超声椭圆振动切削装置应用现状及发展综述

椭圆振动切削装置可很好地解决高性能材料的硬脆性加工难的问题。椭圆振动切削装置通过给刀具施加超声振动使刀具与工件分离,这种方式可降低切削力,提高工件表面的加工质量。该文首先介绍了该装置的切削原理,其次对其结构特点和研究现状做了分析,最后对该装置的性能特性进行了总结。目的是通过对这类装置的介绍和性能分析,使超精密加工领域的相关科研工作者和技术人员较好地掌握类似装置的性能特性,为后续加工装置的优化设计提供理论参考。

五轴数控机床非共振椭圆切削振动自动控制

为提高非共振三维椭圆切削振动的控制精度,提出一种五轴数控机床三维椭圆切削振动自动控制方法。将改进的人工蜂群算法应用于非共振三维椭圆切削过程中,对切削参数优化处理,以抑制切削过程中的颤振现象。通过对非共振三维椭圆切削装置轴向运动过程的分析,完成前馈控制器以及结构形貌仿真建模,提取凹坑型织构的典型参数。在前馈控制器基础上增加PID反馈环节,构建复合控制方案,最终实现五轴数控机床非共振三维椭圆切削振动的自动控制。经实验测试结果表明,所提方法可获取比较满意的切削振动控制效果。

并联式椭圆振动切削装置的设计与优化

现有的椭圆振动切削装置普遍具有运动耦合现象,这直接影响了椭圆振动切削装置的加工性能。文中设计了一种并联式椭圆振动切削装置,建立了该装置的运动学模型,揭示了装置形成椭圆运动的工作原理。对装置进行有限元分析,得出现有装置的静力学性能。随后对该装置结构进行优化设计,优化后的装置解耦效果大大提高,利用响应面法对改进后的装置尺寸进行优化。通过对优化后装置进行有限元分析,对比了优化前后基体的最大行程和1阶固有频率,结果显示在保证刚度和材料许用应力的前提下,优化后的装置行程和1阶固有频率均得到了提高。相比于现有的椭圆振动切削装置,该装置实现了运动的解耦,大大提升了加工性能。

超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展

首先,阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点,着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。其次,分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展,并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围,以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。最后,对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望,指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。

椭圆齿轮驱动的结晶器非正弦振动系统振动特性研究

为解决椭圆齿轮驱动的连铸结晶器非正弦振动系统的低频共振问题,建立了该系统的动力学模型,推导出动力学方程。结果表明,时变参数决定共振频率,激振力幅值决定共振峰值,合理设计弹簧刚度、预压力,减小铸坯摩擦力可大大减小共振峰值,提高结晶器运行平稳性。

椭圆齿轮驱动的结晶器非正弦振动系统动力学分析

建立了椭圆齿轮驱动的结晶器非正弦振动系统动力学模型,推导了动力学方程。研究表明,与正弦振动系统相比,椭圆齿轮驱动的结晶器非正弦振动系统不但刚度矩阵随曲柄位置变化,质量矩阵和阻尼矩阵也随曲柄位置变化;振动系统的弹性振动激励除基波外,还包含高次谐波分量,连铸机正常工作时,不仅基频要远离固有频率,幅值较大的谐波频率也要远离固有频率,这是正弦振动中不存在的问题。

椭圆齿轮驱动的结晶器低频共振分析

生产实践中,一些连铸机每次开浇,从起步拉速向工作拉速的升速过程中,在结晶器振动频率远低于振动系统自然频率的情况下,就发生较为剧烈的共振现象,导致钢液液面抖动,严重的还造成漏钢等生产事故。针对这一现象,建立椭圆齿轮驱动的结晶器非正弦振动系统扭振模型,推导动力学方程,讨论该系统发生低频共振的原因及其影响因素。所建模型能够为解决结晶器振动平稳性问题,更好地应用该振动装置打下基础。

振动轨迹参数对非球面光学元件表面质量影响

定量分析了三维椭圆振动轨迹参数(形状、空间位置和振动频率)对切削加工非球面光学元件表面粗糙度的影响规律,给出了切削过程中选取椭圆形状参数和空间位置参数的方法。

并联驱动振动辅助旋转运动装置的设计与分析

在椭圆振动切削时,相邻轨迹间残留高度难以消除。设计了一种非共振驱动类型的并联驱动振动辅助旋转切削装置,能主动调整金刚石刀尖的运动频率与幅值等参数,适应不同的工件材料表面加工。该装置采用两压电平行驱动,根据压电叠堆输入的不同而具有不同相位的余弦信号,可调整装置旋转运动平台的旋转角度,进而获得理想的运动形式。通过有限元仿真分析,在200 N输入力作用下的输出端输出位移分别为5.13、11.37、0.061μm,刀具绕刀位点旋转角度近似为8°,前三阶模态分别为3675.5、4232.3、5061.3 Hz。通过轨迹计算分析,当A_1=4μm、A_2=4μm、ψ_1=0°、ψ_2=30°时的旋转角度近似为5.5°;当A_1=4μm、A_2=2μm、ψ_1=30°、ψ_2=60°时的旋转角度近似为5.2°;当A_1=6μm、A_2=4μm、ψ_1=60°、ψ_2=90°时的旋转角度近似为5.8°。结果表明:该方案可实现刀具绕刀位点Y轴做高频往复摆动运动,满足设计要求。

椭圆齿轮传动在结晶器非正弦振动装置中的应用

介绍了一种椭圆齿轮传动的结晶器非正弦振动装置。通过运动学分析 ,得到结晶器振动曲线 ,并论述了椭圆齿轮设计中的几个问题。该振动装置已成功用于某厂小方坯连铸线。