航空发动机叶片机器人磨削颤振半主动抑制研究

doi:10.3901/JME.2025.05.228

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (5): 228-238.doi: 10.3901/JME.2025.05.228

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航空发动机叶片机器人磨削颤振半主动抑制研究

祁若龙^1,2, 王杰¹, 李论², 赵吉宾²

1. 沈阳建筑大学机械工程学院沈阳 110168;
2. 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳 110169

收稿日期:2023-12-25 修回日期:2024-08-11 发布日期:2025-04-15
作者简介:祁若龙，男，1983年出生，博士，教授。主要研究方向为机器人智能制造。E-mail：qiruolong@163.com;李论(通信作者)，男，1974年出生，博士，研究员，博士研究生导师。主要研究方向为振动噪声分析与控制。E-mail：lunli@sia.cn
基金资助:
国家自然科学基金-辽宁省联合基金(U1908230)和辽宁省自然科学基金(2023MS223)资助项目。

Research on Semi-active Suppression of Flutter in Robotic Grinding for Aero-engine Blades

QI Ruolong^1,2, WANG Jie¹, LI Lun², ZHAO Jibin²

1. School of Mechanical Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168;
2. The State Key Laboratory of Robotics, Shenyang Institute of Automation Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110169

Received:2023-12-25 Revised:2024-08-11 Published:2025-04-15

摘要/Abstract

摘要： 为降低机器人磨削加工颤振对航空发动机叶片表面质量和光整特性的负面影响，基于磁流变液不同磁场条件下的变阻尼特性，提出一种半主动振动抑制方法，消除主颤振频域下的振动峰值，抑制磨削颤振，提高加工质量。以航空发动机叶片机器人砂带磨削加工系统为研究对象，建立两自由度再生颤振模型，发现叶片刚度是影响磨削系统稳定性的重要因素。通过有限元分析软件对磨削系统开展进一步分析，发现通过辅助支撑调节磨削系统刚度与阻尼是实现颤振抑制的可行策略。由此，为使振动抑制器的系统特性覆盖叶片类零件机器人磨削振动的频域范围，设计并验证了一款磁流体减振器，通过磁场控制减振器的刚度阻尼，从而有效减小颤振能量。最后，通过试验得到叶片磨削系统振动信号与叶片表面粗糙度结果，研究结果表明，减振后叶片磨削振幅峰值降低约45%，表面粗糙度可达0.17 μm，实现了叶片磨削系统颤振的半主动抑制，叶片表面加工质量得到明显改善。

关键词: 机器人加工, 动力学建模, 颤振抑制, 磁流体减振器, 再生颤振

Abstract: In order to decrease the negative impact of chatter on the surface quality of blade-type thin-walled parts during robotic grinding machining, a semi-active control method to suppress the grinding chatter is proposed. Taking the robotic belt grinding processing system for aero-engine blades as the research object, a two-degree-of-freedom regenerative chatter model is established, and it is found that the blade stiffness has an important influence on the stability of the grinding system. Through the finite element analysis software for more in-depth analysis of the grinding system, it is feasible to use the auxiliary support to adjust the stiffness and damping of the grinding system to achieve chatter suppression. Therefore, a magnetic fluid damper is designed to control the stiffness and damping of the damper through the magnetic field, so as to reduce the chattering energy. Finally, the vibration signals of the blade grinding system and the surface roughness of the blade are obtained through the experiment. The research and analysis show that the peak amplitude of the blade grinding is reduced by 45% after the vibration reduction, and the surface roughness could reach 0.17μm. The semi-active control of the blade grinding system is realized, and the machining quality of the blade surface is significantly improved.

Key words: robot machining, dynamic modeling, chatter suppression, magnetic fluid damper, regenerative chatter

中图分类号:

TG156

祁若龙, 王杰, 李论, 赵吉宾. 航空发动机叶片机器人磨削颤振半主动抑制研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(5): 228-238.

QI Ruolong, WANG Jie, LI Lun, ZHAO Jibin. Research on Semi-active Suppression of Flutter in Robotic Grinding for Aero-engine Blades[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(5): 228-238.

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Research on Semi-active Suppression of Flutter in Robotic Grinding for Aero-engine Blades

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