● 摘要
薄壁零件由于重量轻、强度高等结构特点，已被广泛应用于航空航天领域。然而，薄壁件结构复杂、壁薄、加工工艺性差，在切削加工过程中易发生切削振动，很难保证薄壁零件的加工质量，振动导致的一系列问题已成为制造领域的公认难题。本论文分别从振动被动控制与振动主动控制两个角度研究了薄壁件铣削加工振动的抑制问题。论文先从振动被动控制角度，提出一种基于动力吸振器原理的可调式动力吸振器，用于抑制薄壁件铣削加工的振动。首先建立了典型薄壁结构的铣削加工动力学模型，并利用有限元方法，以航空结构件中常用的铝合金材料为例，研究了典型薄壁件铣削加工中的振动变形情况，同时，初步探讨了振动变形对薄壁件铣削加工的影响机理。然后，对于动力吸振器的基本原理进行了探讨，并深入分析了无阻尼动力吸振器的基本原理及影响其抑振效果的因素，为吸振器的设计奠定了理论基础，进而，借助有限元方法，提出了一种可调式动力吸振器。最后，采用有限元方法，从仿真角度，验证了所设计的可调式动力吸振器对薄壁件铣削加工振动的抑制是有效的，同时，探讨了吸振器的安装角度和安装位置对薄壁件铣削加工振动抑制效果的影响。然后，论文用所研制的可调式动力吸振器进行了大量的薄壁件的铣削加工试验。试验包括两个方面，一是吸振器对薄壁件铣削加工振动抑制的有效性验证试验，二是探讨吸振器对薄壁件铣削加工振动抑制效果的影响因素。试验基于对比性原则，共设计7组薄壁件铣削加工的试验，分别从切深、切宽、薄壁件变形量以及粗糙度情况四个角度对每组的试验结果进行测量和分析。前4组试验用于验证所设计的可调式动力吸振器对薄壁件铣削加工振动抑制的有效性，而试验的结果，充分验证了所设计的可调式动力吸振器对薄壁件铣削加工的振动抑制是有效的，同时验证了该吸振器可以针对不同切削参数进行相应调节以实现振动抑制的特点。后3组用于探讨吸振器对薄壁件铣削加工振动抑制效果的影响因素，试验主要从吸振器的安装角度和安装位置两个方面，对其最佳安装角度和最佳安装位置进行了试验研究，并通过对试验结果的分析，总结出了吸振器的最佳安装角度和最佳安装位置。从振动主动控制的角度，本论文建立了基于压电智能结构的薄壁单元的振动主动控制系统模型。采用线性二次型最优控制方法，实现了对该系统的振动主动控制，并利用MATLAB软件对该控制系统进行了仿真，仿真结果表明所选择的控制方法对所建立的薄壁单元模型系统实现了有效的振动主动控制，进而说明，通过基于压电智能结构的振动主动控制方法实现对薄壁件铣削加工振动的抑制是可行的。