振动与冲击 VIBRATIONaNDSHOCK 第29卷第3期 JOURNAl．OF 基于压电智能结构的镗削振动主动控制的仿真与实验研究 孔繁森刘鹏，刘春颖 (吉林大学机械科学与工程学院长春130022) 摘 要：在镗削加丁中，由于镗杆长颈比较大因此，普遍存在镗削振动问题这种振动限制了切削效率，影响了工 件表面质量提出以压电振动干扰抑制镗削振动的设想，建立了含有压电控制单元的镗削振动系统动力学模型；基于该 模型设计了实验装置理论仿真和实验分析结果表明，该装置能够有效抑制镗削过程中镗杆的振动且结构单，易于 实现 关键词：压电材料；镗削振动；主动控制 中图分类号：THl31 文献标识码：A 镗削过程中伴随嘚机床、刀具或工件的振动是导 致材料去除率(MRR)和生产效率下降的最主要因横向位移。式(1)即为压电传感器的传感方程 素…。由于镗削所处嘚加工环境为半封闭状态对其 传感器采集到的振动电压信号经反馈放大后，将 进行振动控制非常困难针对这一实际问题，近年来 控制電压施加到压电执行器的两端在振动结构上产 国内外的学者进行了广泛的研究。H．Moradi等研究了生纯弯曲控制力矩力矩大小与控制电压的關系为t J，并将其应用于镗 一种新型的可调式吸振器(TvA)【2 削过程中取得了一定的控制效果；El本三菱公司推出 一种“阻尼镗杆”，这种阻尼镗杆的结构特点是采用由 一||}K(￡) (3) 计算机模拟分析设计出的高刚性镗杆加上轻型刀头的 其中：圪(t)为控制电压，d，为静电压系数h。为压电执 結构主要是防止了挠曲，增加了阻尼作用以达到遏 行器的厚度，h：为镗杆的厚度E。为压电陶瓷的弹性 止振动的目的然而，上述方法都对所用的刀片和所 模量E为镗杆弹性横量。方程(3)即为压电执行器的 加工的材料有很严格的要求造价昂贵，且对环境的适 致动方程 應能力比较差。 1．2镗削振动系统动力学有限元模型的建立 随着压电陶瓷等新型材料的广泛应用基于智能 镗削系统一般可以化成为包含若幹边界条件的 材料的结构振动主动控制(AVC)系统成为研究的热一维分布式结构。对于在车床上进行的镗孔加工而 点一’4j本文采用压电陶瓷作為传感器和执行器，设计 言由于镗杆并不旋转，工件的刚度要远远高于镗杆本 合适的控制电路来实现控制算法建立主动控制系统 身，並且镗杆的抗扭性要远高于抗弯性因此，以镗削 模型基于该模型给出了镗削系统对振动控制的仿真 振动系统中的薄弱环节——镗杆作為主要模型，将其 与实验结果 1 镗削振动主动控制系统模型 1．1压电传感及致动方程[51 考虑对位配置的方式，将压电传感器和执行器分 别粘贴於镗杆的上下表面传感器的输出电压可表 示为： (1) E(t)=k』仇(t)一鼠．。(t)] 』 图1 镗削振动系统动力学模型 k=b。罟t6尺 (2) modelof vibration oIl Fig．IDynamicalboring system 式中b。为传感器的宽度也。為静压电常数s：为柔顺 镗削振动系统的动力学模型可以描述为： 模量张量，R为中性面弯曲后的曲率半径t。为从梁的