基于电磁感应原理的薄壁件铣削振动抑制.pdf

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1、第35卷第3期振动、测试与诊断Vol_35NO．32015年6月JournalofVibration。Measurement&DiagnosisJun．2015基于电磁感应原理的薄壁件铣削振动抑制杨毅青，龚继文(北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京，100191)摘要航空结构中的薄壁件由于刚性差，在加工中容易发生变形、让刀等现象，对加工精度及表面质量构成严重影响。针对上述问题，基于电磁感应原理，笔者研究设计了适用于薄壁件的铣削加工减振装置，将工件的振动应用于磁感线切割，通过作用反力的产生来实现工件减振的目的，并推导了磁铁在铜管内运动时

2、的电磁感应阻尼力，结果表明阻尼力与相对运动速度成线形关系，但方向相反。冲击实验表明，该减振装置能显著缩短薄壁件的振荡时间；颤振稳定域仿真表明，该装置可将薄壁零件的临界稳定切深从0．4mm提高到5．1mill。最后，结合切削实验对该装置的抑振效果进行验证。关键词薄壁件；电磁感应；铣削；振动抑制中图分类号TH161．6；0441．3艺系统的稳定性，薄壁零件尤其明显。不少学者对引言薄壁零件的铣削稳定性进行了研究]。上述工作为薄壁零件数控加工方案的解决提供了良好的借整体薄壁零件在航空结构中大量存在。薄壁零鉴，不过在目前的工程实际应用中，薄壁零件的

3、加工件由于刚性差，加工中易发生变形、让刀等现象，使仍然是难点。此外，通过采用主动与被动控制的方得加工精度及表面质量难以达到设计要求；因此，实法来抑制切削加工中工艺系统的振动在众多文献中现薄壁零件的高效高质切削是目前制造技术中所面也有述及。Dohner等设计了针对刀具的主动控临的难点问题。针对薄壁零件的数控铣削加工，国制回路，将铣削加工的材料去除率提高了一个量级。内外学者在工艺规划、工件装夹以及切削变形预测结合压电驱动器，Rashid等_8利用自适应控制策略与控制等领域开展了大量研究。装夹变形是影响薄对工装进行主动控制，提高了铣削加工的表面

4、质量壁工件加工精度与表面质量的重要因素。以航空薄以及刀具寿命。主动控制采用反馈控制的原理，对壁件为对象，秦国华等l_1提出了基于最小总余能原系统进行连续的调节，具有较强的适应性，但成本理的接触力求解技术，利用有限元法模拟了夹紧方高，实现复杂。Duncan和Rashid等_g。0]研究了单案对工件变形的影响。Aoyama等[2]应用低温合金自由度被动阻尼器对铣削颤振的抑制。杨毅青实现了对薄壁柔性零件的多点均匀支撑，有效抑制等l11_设计了梁式结构的多重被动阻尼器以抑制车了工件加工中的弹性变形。Shamoto等_3采用同步削颤振。被动阻尼器抑

5、振频带较窄，需要结合一定双面铣削技术加工薄壁件，通过使两工作主轴采取的优化准则对阻尼器的结构参数进行优化后方能发不同的转速以抑制颤振，加工精度及效率比传统的挥其功用，而且被动阻尼器形式多样，增加了其结构单面铣削方法提高3倍。Ratchev等[4提出了考虑建模以及参数优化工作的复杂程度。同时，切削过薄壁结构弹性的力一变形模型以预测加工误差，通过程的多变性也制约了被动阻尼器效能的发挥。在加工之前对刀轨进行补偿和优化，表面误差明显磁场环境下，闭合回路中的导体作切割磁力线减小。随着加工过程中工件材料的逐渐去除，工件运动时会产生作用反力，即阻尼力，

6、而且阻尼力的大本身的动力学特性在发生变化，从而改变了加工工小随导体运动的速度而变化。基于此，笔者拟研究*国家自然科学基金资助项目(51205013)；教育部博士点基金资助项目(20111102120048)；中央高校基本科研业务费资助项目(YWF一13一D2一HK一21，YWF-12一LZGF-179)收稿日期：2013—10-21；修回日期：2013—12—1343O振动、测试与诊断第35卷基于电磁感应原理的阻尼减振装置，通过将切削加1．2电磁感应阻尼力工时工件的振动应用于磁感线切割，将工件振动的动能转化为势能，从而实现薄壁件铣削振动的

7、抑制。1．2．1磁场强度空间分布函数推导本研究主要内容包括电磁感应阻尼器阻尼力建模、本研究的电磁感应阻尼装置设计拟采用扁圆柱电磁感应阻尼器结构设计、阻尼器动态特性测试，并形磁铁，该磁铁的磁场强度分布与圆电流产生的磁通过切削实验对电磁感应阻尼器的抑振效果进行场相同，如图2所示。通常情况下，圆电流磁场可近验证。似等效为磁偶极子模型_】。据此，可得点P(FCOSO，rsin0，2)处的磁感应强度B的矢量表达式_1¨为1电磁感应阻尼器原理分析B(m，口)一[3(删)口一I口l。m](4)丌j“l其中：m(0，0，)为磁偶极矩矢量；为磁铁磁偶极1．

8、1电磁感应原理矩；口为磁铁到P点的位置矢量；l口{一~／z+r；。根据楞次定律，如果感应电流是由组成回路的为真空磁导率。导体作切割磁感线运动而产生，那么运动导体所受的磁场力(安培力)总是反抗(