一種基于磁懸浮軸承電主軸的銑削顫振主動控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于磁懸浮軸承電主軸的銑 削顫振主動控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在復(fù)雜曲面類零件五軸數(shù)控加工顫振抑制方面，傳統(tǒng)方法以被動控制為主，該類 方法通過調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速、刀具進(jìn)給周期、最大切深、刀長、齒間角等工藝參數(shù)，使得系統(tǒng)工作 在凸角效應(yīng)點(diǎn)的下方，從而在保證銑削穩(wěn)定性的前提下獲得較高的轉(zhuǎn)速和切深。被動控制 方法雖然設(shè)計安裝簡單，但它所能夠調(diào)整的穩(wěn)定區(qū)間很小，對閉環(huán)動力學(xué)的改善有限。因此 必須采用改變主軸單元固有動態(tài)特性的控制手段來抑制顫振，該控制手段即基于磁懸浮軸 承電主軸的主動控制技術(shù)。
[0003] 磁懸浮軸承電主軸主動控制技術(shù)的思想為通過在電主軸單元合適部位配置磁懸 浮軸承制動器和傳感器，利用反饋控制的作用，使閉環(huán)系統(tǒng)的整體動態(tài)性能發(fā)生變化，從而 有效拓展系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定區(qū)域，從中找到性能更優(yōu)的點(diǎn)，提高最大金屬銑削率。主動控制技 術(shù)具有根本改變系統(tǒng)動力學(xué)行為的能力，因此其抑制顫振的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于被動控制技術(shù)。
[0004] 經(jīng)過對現(xiàn)有文獻(xiàn)的檢索，發(fā)現(xiàn)有以下現(xiàn)有技術(shù)：申請?zhí)枮?01310475810. 8,公布 號為CN 103769945A，名稱為"振動抑制方法和機(jī)床"，該技術(shù)通過改變主軸轉(zhuǎn)速以達(dá)到抑制 顫振的效果，屬于被動控制，對于提高加工效率的能力也有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁懸浮軸承電主軸的銑削 顫振主動控制方法，旨在解決現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床銑削加工中因自激顫振現(xiàn)象而引起的工件表面 質(zhì)量下降，銑削效率低的問題。
[0006] 本發(fā)明提供了一種基于磁懸浮軸承電主軸的銑削顫振主動控制方法，包括下述步 驟：
[0007] (1)當(dāng)電主軸發(fā)生銑削顫振時，采集電主軸的電流位移信號；
[0008] (2)對所述電流位移信號進(jìn)行濾波放大和微分處理后，獲得由電主軸位移和速度 構(gòu)成的狀態(tài)向量Q(t);所述狀態(tài)向量Q(t)是4維的列向量；
[0009] (3)根據(jù)所述狀態(tài)向量Q(t)獲得電主軸位移[FxFy] T= Cq[Q(t-T/N)-Q(t)];
[0010] 其中
【主權(quán)項】
1. 一種基于磁懸浮軸承電主軸的銑削顫振主動控制方法，其特征在于，包括下述步 驟： (1) 采集電主軸發(fā)生銑削顫振時的電流位移信號； (2) 對所述電流位移信號進(jìn)行濾波放大和微分處理后，獲得由電主軸位移和速度構(gòu)成 的狀態(tài)向量Q (t); ⑶根據(jù)所述狀態(tài)向量Q(t)獲得電主軸位移[Fx Fy]T= Cq[Q(t-T/N)-Q(t)]; 其中
I Q(t-T/N)為t-T/N時刻的電主軸位移和速度構(gòu)成的狀態(tài)向 量，T表不主軸旋轉(zhuǎn)周期，N表不統(tǒng)刀的刀齒數(shù)，F(xiàn)xS X方向的電主軸位移，F(xiàn) y為y方向的電 主軸位移，上標(biāo)T表示對向量的轉(zhuǎn)置； (4) 對切削力動態(tài)矩陣K (t)中的每一個元素進(jìn)行傅里葉變換，獲得切削力 諧波動態(tài)矩陣Mt),并根據(jù)切削力諧波動態(tài)矩陣Mt)獲得三角函數(shù)列向量 ^(t)=[l,cos((〇t),sin((〇t),...,cos(6i；(〇t),sin(ci；(〇t)] 1 ； 其中切削力諧波動態(tài)矩陣Mt)為切削力動態(tài)矩陣K(t)中的每一個元素進(jìn)行傅里葉 級數(shù)展開的前2 α +1項部分和，ω = 2 π N/T為諧波頻率，α為正整數(shù)； (5) 根據(jù)所述電主軸位移[Fx F/和所述三角函數(shù)列向量>(t)獲得諧波位移 h⑴=[F，'⑴ ?7，、1)]1 ; (6) 根據(jù)狀態(tài)位移項系數(shù)矩陣A和李雅普諾夫方程XA+ATX = -I獲得對稱正定矩陣 X，根據(jù)對稱正定矩陣X獲得狀態(tài)權(quán)系數(shù)[A1 A2] =XB，根據(jù)狀態(tài)權(quán)系數(shù)[A1 A2]以及 所述狀態(tài)向量Q(t)獲得第一自適應(yīng)權(quán)系數(shù)⑴和第二自適應(yīng)權(quán)系數(shù)22=A〖Q⑴； (7) 根據(jù)所述諧波位移h(t)、所述第一自適應(yīng)權(quán)系數(shù)A1和所述第二自適應(yīng)權(quán)系數(shù)λ 2 獲得第一自適應(yīng)率4和第二自適應(yīng)率A; 其中，第一自適應(yīng)變化率第二自適應(yīng)變化率4=4Φ2_)，φ# φ 2分別 為任意取的兩個4 α +2階的對稱正定矩陣，第一自適應(yīng)率A和第二自適應(yīng)率·&2均為4 α +2 維列向量； (8) 根據(jù)所述第一自適應(yīng)率右、所述第二自適應(yīng)率A以及所述諧波位移h(t)獲得自 適應(yīng)控制電流a(t)=[<h(t).6h(t):r ; (9)將所述自適應(yīng)控制電流QJt)作用在徑向磁懸浮 軸承上，并產(chǎn)生相應(yīng)的磁場力，從而實現(xiàn)對主軸的顫振進(jìn)行抑制。
2. 如權(quán)利要求1所述的銑削顫振主動控制方法，其特征在于，所述狀態(tài)位移項系數(shù)矩 陣A為：
，ζ為銑刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的阻尼比，ωη為銑刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的 固有頻率。
3. 如權(quán)利要求1所述的銑削顫振主動控制方法，其特征在于，所述切削力系數(shù)矩陣B %
，m為銑刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模態(tài)質(zhì)量。
4. 如權(quán)利要求1所述的銑削顫振主動控制方法，其特征在于，所述切削力動態(tài)矩陣為：
其中表示銑刀的第j個刀齒的旋轉(zhuǎn)角，Kt和L表示切削力系數(shù)， 和S(t)分另Ij表示篩選函數(shù)和三角函數(shù)陣；
小3和Φ e分別表示刀齒相對工件的切入和切出角。
5. 如權(quán)利要求1所述的銑削顫振主動控制方法，其特征在于，所述切削力動態(tài)矩陣 K(t)是以T/N為周期的周期函數(shù)矩陣，K(t+T/N) =K(t)。
6. 如權(quán)利要求1所述的銑削顫振主動控制方法，其特征在于，所述4 a +2階對稱正定矩 陣 φ# Φ 2，當(dāng) a = 1 時，（I)1 =(I)2 :
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于磁懸浮軸承電主軸的銑削顫振主動控制方法，包括下述步驟：采集電主軸發(fā)生銑削顫振時的電流位移信號；獲得由電主軸位移和速度構(gòu)成的狀態(tài)向量Q(t)；根據(jù)電主軸位移[Fx Fy]T和三角函數(shù)列向量獲得諧波位移獲得第一自適應(yīng)權(quán)系數(shù)和第二自適應(yīng)權(quán)系數(shù)根據(jù)諧波位移h(t)、第一自適應(yīng)權(quán)系數(shù)λ1和第二自適應(yīng)權(quán)系數(shù)λ2獲得第一自適應(yīng)率和第二自適應(yīng)率根據(jù)第一自適應(yīng)率第二自適應(yīng)率以及諧波位移h(t)獲得自適應(yīng)控制電流將自適應(yīng)控制電流Qc(t)作用在徑向磁懸浮軸承上，并產(chǎn)生相應(yīng)的磁場力，從而實現(xiàn)對主軸的顫振進(jìn)行抑制。本發(fā)明消除銑削過程中產(chǎn)生的顫振，進(jìn)而保證了加工質(zhì)量并提高了加工效率。
【IPC分類】B23Q15-12
【公開號】CN104647132
【申請?zhí)枴緾N201410805910
【發(fā)明人】陳智勇, 吳越, 趙歡, 張海濤, 趙杰, 丁漢, 趙鑫, 張國強(qiáng)
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月22日