搅拌摩擦焊主轴力控制液压伺服仿真与分析.pdf

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1、２０１６年１月机床与液压Ｊａｎ?２０１６第４４卷第２期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ?４４Ｎｏ?２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ?ｉｓｓｎ?１００１－３８８１?２０１６?０２?０３０搅拌摩擦焊主轴力控制液压伺服仿真与分析１２１张建全，于今，蒋春梅（１?中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳６２１０００；２?重庆大学机械工程学院，重庆４０００３０）摘要：搅拌摩擦焊接技术是一种新型固相焊接技术，由于其独特的技术优势正被广泛地应用于铝合金等轻质合金板的焊接中。分析了基于液压伺服技术的搅拌摩擦焊

2、接主轴力控制系统，推导得出主轴液压伺服系统的力控制数学模型，在ＭＡＴＬＡＢ软件的ＳｉｍｕＬＩＮＫ模块中搭建控制模型，分别利用模糊ＰＩＤ和普通ＰＩＤ控制理论对控制模型进行仿真。分析仿真结果发现：模糊ＰＩＤ和普通ＰＩＤ控制方法虽然都能实现对主轴液压系统的力控制，但模糊ＰＩＤ控制不论是在响应时间、控制精度还是抗干扰能力方面都优于普通ＰＩＤ控制，并且通过实验验证了模糊ＰＩＤ控制的可行性。关键词：搅拌摩擦焊；力液压伺服；模糊ＰＩＤ中图分类号：ＴＨ⁃３９文献标志码：Ａ文章编号：１００１－３８８１（２０１６）２－０９７－

3、４ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅＳｐｉｎｄｌｅＦｏｒｃｅＣｏｎｔｒｏｌＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｅｒｖｏＳｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＷｅｌｄｉｎｇ１２１ＺＨＡＮＧＪｉａｎｑｕａｎ，ＹＵＪｉｎ，ＪＩＡＮＧＣｈｕｎｍｅｉ（１?ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，ＭｉａｎｙａｎｇＳｉｃｈｕａｎ６２１０００，Ｃｈｉｎａ；２?ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇ

4、ｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｉｎｇ（ＦＳＷ）ｉｓａｎｅｗｋｉｎｄｏｆｓｏｌｉｄ⁃ｐｈａｓｅｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ＦＳＷｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｌｌｏｙｓｓｕｃｈａｓａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｐｌａｔｅ．ＦＳＷｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｅｒｖｏｔｅｃｈｎｏｌ⁃

5、ｏｇｙｗａｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｆｏｒｃｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｅｒｖｏｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｄｕｃｅｄ．ＡｆｔｅｒｔｈｅｆｏｒｃｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｔｉｎｔｈｅＳｉｍｕＬＩＮＫｍｏｄｕｌｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＦｕｚｚｙ⁃ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈ⁃ｏｄ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉ

6、ｎｇｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ：ｂｏｔｈｏｆｔｈｅＦｕｚｚｙ⁃ＰＩＤａｎｄＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄａｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｉｎｔｈｅｆｏｒｃｅｓｅｒｖｏ⁃ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅＦｕｚｚｙ⁃ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｗｏｒｋｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｎｏｔｏｎｌｙｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｉｍｅ，ｃｏｎｔｒｏｌａｃｃｕｒａｃｙｂｕｔａｌｓｏｉｎａｎｔｉ⁃ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｂｉｌｉｔｙ．

7、ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＦｕｚｚｙ⁃ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｉｎｇ；Ｆｏｒｃｅｈｙｄｒａｕｌｉｃ⁃ｓｅｒｖｏｃｏｎｔｒｏｌ；Ｆｕｚｚｙ⁃ＰＩＤ随着铝合金在航空、航天、汽车、船舶、轨道交形成搅拌摩擦焊焊缝。此过程不需要材料熔化属于固通等行业领域的广泛应用，其焊接技术也在不断发展相焊接，但在焊接过程中需要热量使得待焊接部位处［１－２］和革新。搅拌摩擦焊作为一种新

8、兴固相焊接技于塑性状态，因此在焊接过程中采用伺服液压系统提术，使铝合金的焊接工艺和质量有了很大的提高，在供焊接所需的Ｚ向正压力及对搅拌头进行实时位置轻质合金的焊接中受到青睐。相比传统的焊接技术，控制以确保焊接工艺和质量。搅拌摩擦焊接技术有很大的技术优势：焊接无气孔、无裂纹等缺陷、焊接变形更小等，而正是这些技术特点才使得搅拌摩擦焊接技术在很短的时间内完成了从发明到工业化应用的历程，并且取代传统焊接技术的趋势越来越明