金刚石刀具研磨压力自适应控制技术研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 3次 | 上传用户:skykight
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天然金刚石刀具是进行单点金刚石切削加工及相关科研工作的重要工具,但天然金刚石所具有的质脆、易崩裂、高温下易产生热化学磨损和扩散磨损等特殊的物理化学特性给金刚石刀具的精密研磨带来一定困难。刀具研磨的工艺经验表明,研磨压力是影响刀具刃口质量的重要因素。金刚石刀具研磨所需要的研磨压力较小,而且需要在研磨过程中保持稳定。因此,实现金刚石刀具研磨过程中“小压力的稳定控制”是获得高质量金刚石刀具的关键之一,也是本论文研究的主要目标。基于“小压力稳定控制”的需求,论文首先分析了金刚石刀具研磨压力控制系统中造成研磨压力波动的主要因素,提出了采用主被动隔振法控制研磨压力的技术路线,根据影响研磨压力的外界干扰所具有的周期性特点,分析了主被动隔振法在金刚石刀具研磨压力控制过程中的适用性,并建立了金刚石刀具研磨压力控制模型,分析了外部力扰动、主动控制位移在控制模型中的变化规律及其叠加效应,讨论了被动隔振器、主动隔振器的设计需求和应用条件。为了抑制高频力扰动,采用椭圆型柔性铰链结构设计了柔性调压平台作为系统中的被动隔振器。依据材料力学的基本原理,论文对柔性调压平台进行了分析计算,通过ANSYS软件对其静、动态性能进行了有限元建模分析,并进行了实际的静、动态性能测试。测试结果表明,柔性调压平台静态加载变形曲线的线性度较好,对高频激振具有良好的抑制能力,满足被动隔振器的使用要求。为了提高系统的低频隔振性能,主动隔振器采用了预测函数控制的自适应控制算法,以适应控制过程的实时性和鲁棒性要求,并针对金刚石刀具研磨过程中外部扰动的周期性特点,利用迭代学习控制算法对主动控制的位移量进行了修正。论文对控制算法的稳定性和鲁棒性进行了数学证明,并通过Matlab仿真和建立综合控制实验系统验证了系统的实际控制能力。实验结果表明,系统对于20~160Hz频率范围内不同频率的外部力扰动都具有明显的衰减作用,衰减幅度都超过了30%。但是在实验装置中,运动平台的响应速度较低,控制系统采样周期较长,受这些因素影响,系统的控制性能难以有效提高。实际应用时,需要改进和完善实验装置相关元器件配置,以更好地满足金刚石刀具研磨加工的工艺需求。
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