外圆车削颤振的半主动模糊控制

    随着现代制造业向高度自动化和精密化方向发展的不断深入，妥善解决加工过程中引发的颤振问题，发展切削颤振的控制技术已成为生产工程界广泛关注的热点之一。切削颤振是机床闭环切削系统的动态不稳定现象，它发生在切削刀具与工件之间，对产品质量、刀具及机床设备等的危害已毋庸质疑。目前研究较多的方法是通过调整机床主轴转速对颤振进行控制［1 －3］。Zatarain 等提出了机床主轴转速按任意方式变化的频域分析理论; Zhang 等基于切削颤振的非线性时滞模型，系统地提出了主轴转速变化的稳定性分析方法，并给出了选择主轴转速变化幅度的公式; Bediaga等依据稳定性叶瓣图对颤振征兆的监测结果，来决定主轴转速是连续变化还是直接调到稳定区。但该方法在实施的过程中会产生很大的瞬时电流通过电动机，要真实用还必须对供电线路、电动机的负荷能力有充裕的考虑。

    近年来发展起来的利用智能材料 － 电磁流变液的半主动控制可以通过实时调控系统参数来抑制振动，既具有主动控制适应性强的特点，又具有被动控制能耗低、可靠性高的优势。智能材料是指一类能够对外界环境变化进行时主动响应的材料。它们一般可通过外加的某一刺激信号( 例如电场、温度等) ，改变材料的一些固有特性( 例如刚度、阻尼) 。然而智能材料大都具有非线性及多变量依赖特性，将其与复杂的受控系统结合很难建立精确的数学模型，而基于语言规则的模糊控制理论及其它智能控制方法只需要有关的控制经验和知识，对于非线性、复杂对象的控制显示了鲁棒性好、控制性能高的优点。赵成等［4］基于电流变效应设计了双层浮筏隔振系统的模糊滑模控制器，并对浮筏隔振系统在扫频及双频激励信号下的输出特性进行了仿真分析，结果表明: 在模糊滑模控制下，浮筏隔振系统的减振效果要远好于最优被动阻尼控制; 张我华等［5］应用自适应神经 － 模糊推理的方法，分别对激振频率和附加集中质量的位置发生变化时电流变智能加肋板的控制进行了仿真研究，验证了该控制方法对抑制该类结构振动的有效性; Song 等［6］针对宽带不平稳随机激励下的磁流变座椅悬架系统，提了基于非线性模型的自适应控制策略，并在特定条件下用线性化的方法对该控制系统的收敛性进行了研究; 姜波、沈楚敬等［7 －8］分别采用 PD 模糊控制及相对模糊控制，仿真分析了基于电流变效应的汽车发动机悬架系统的动态响应。上述方法的成功应用尚需进一步的试验考证。

    本文针对较易发生颤振的细长轴类零件的外圆车削加工工况，研制了基于电流变液的车削颤振减振装置，并对该车削系统进行了理论建模及动力学特性的仿真分析，设计了基于电流变材料的车削颤振模糊控制系统，进行了车削颤振的半主动模糊控制试验。