[發(fā)明專利]一種基于磁懸浮軸承電主軸的銑削顫振主動(dòng)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410805910.7
• 申請(qǐng)日: 2014-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104647132A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳智勇;吳越;趙歡;張海濤;趙杰;丁漢;趙鑫;張國(guó)強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q15/12
• 分類號(hào): B23Q15/12
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

技術(shù)領(lǐng)域

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(dòng)控制方法。

背景技術(shù)

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(dòng)控制為主，該類方法通過(guò)調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速、刀具進(jìn)給周期、最大切深、刀長(zhǎng)、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(dòng)控制方法雖然設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單，但它所能夠調(diào)整的穩(wěn)定區(qū)間很小，對(duì)閉環(huán)動(dòng)力學(xué)的改善有限。因此必須采用改變主軸單元固有動(dòng)態(tài)特性的控制手段來(lái)抑制顫振，該控制手段即基于磁懸浮軸承電主軸的主動(dòng)控制技術(shù)。

磁懸浮軸承電主軸主動(dòng)控制技術(shù)的思想為通過(guò)在電主軸單元合適部位配置磁懸浮軸承制動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制技術(shù)具有根本改變系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)控制技術(shù)。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的檢索，發(fā)現(xiàn)有以下現(xiàn)有技術(shù)：申請(qǐng)?zhí)枮?01310475810.8，公布號(hào)為CN?103769945A，名稱為“振動(dòng)抑制方法和機(jī)床”，該技術(shù)通過(guò)改變主軸轉(zhuǎn)速以達(dá)到抑制顫振的效果，屬于被動(dòng)控制，對(duì)于提高加工效率的能力也有限。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)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(dòng)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(wèn)題。

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(dòng)控制方法，包括下述步驟：

(1)當(dāng)電主軸發(fā)生銑削顫振時(shí)，采集電主軸的電流位移信號(hào)；

(2)對(duì)所述電流位移信號(hào)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；

(3)根據(jù)所述狀態(tài)向量Q(t)獲得電主軸位移[F_xF_y]^T＝C_q[Q(t-T/N)-Q(t)]；

其中Cq=10000100,]]>Q(t-T/N)為t-T/N時(shí)刻的電主軸位移和速度構(gòu)成的狀態(tài)向量，T表示主軸旋轉(zhuǎn)周期，N表示銑刀的刀齒數(shù)，x方向的電主軸位移F_x和y方向的電主軸位移F_y均是1維的向量，向量的上標(biāo)T表示對(duì)向量的轉(zhuǎn)置；

(4)對(duì)切削力動(dòng)態(tài)矩陣K(t)中的每一個(gè)元素進(jìn)行傅里葉變換，獲得切削力諧波動(dòng)態(tài)矩陣K_α(t)，并根據(jù)切削力諧波動(dòng)態(tài)矩陣K_α(t)獲得諧波

其中切削力諧波動(dòng)態(tài)矩陣K_α(t)為切削力動(dòng)態(tài)矩陣K(t)中的每一個(gè)元素進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的前2α+1項(xiàng)部分和，ω＝2πN/T為諧波頻率，α為選取的適當(dāng)正整數(shù)；

(5)根據(jù)所述電主軸位移[F_xF_y]^T和所述三角函數(shù)列向量獲得諧波位移其中諧波位移h(t)是4α+2維列向量；

(6)根據(jù)狀態(tài)位移項(xiàng)系數(shù)矩陣A和李雅普諾夫方程ΧA+A^TΧ＝-I獲得對(duì)稱正定矩陣Χ，根據(jù)對(duì)稱正定矩陣Χ獲得狀態(tài)權(quán)系數(shù)[Λ₁Λ₂]＝XB，根據(jù)狀態(tài)權(quán)系數(shù)[Λ₁Λ₂]以及所述狀態(tài)向量Q(t)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)

其中，I是4行4列的單位矩陣，Λ_i是四維列向量，λ_i是一維的向量，i＝1,2；