[發明專利]一種基于輔助疊加振動的銑削加工顫振控制方法及系統

有效

• 申請號: 201810557316.9
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108628249B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 洪軍;萬少可;李小虎;鐘譜華;苑俊朋
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明提供一種基于輔助疊加振動的銑削加工顫振控制方法及系統，在銑削加工過程中，通過在主軸?刀具切削進給方向上產生輔助疊加振動，來實現銑削加工顫振的控制。系統包括設置在在銑削機床的主軸的前端的作動裝置，連接機床的CNC系統讀取主軸轉速以及進給速度，以及銑刀刀具齒數的控制器，控制器用于根據輔助疊加振動的最大幅值和輔助疊加振動的周期頻率得到作動力的最大幅值和頻率，輸出相應的控制電壓信號控制作動裝置。在銑削加工過程中，考慮實際工作轉速條件及切削進給量，通過在進給方向上施加輔助疊加振動的方法，改變銑削顫振的穩定域邊界，對顫振進行控制。

技術領域

本發明屬于高速銑削加工領域，主要涉及銑削加工過程的顫振控制技術，具體為一種基于輔助疊加振動的銑削加工顫振控制方法及系統。

背景技術

在高速銑削加工過程中，出于經濟效益的考慮，需要保證銑削加工過程的穩定性，盡可能避免不穩定顫振現象的發生，從而保證切削加工效率。銑削加工過程中顫振現象的發生會引發一系列的問題，如加工工件表面質量惡化、刀具急劇磨損、刀具折斷、機床部件(如主軸系統)使用壽命下降等，同時也會嚴重影響實際的切削加工效率。因此，如何通過一定的手段避免銑削加工過程中的顫振，意義重大，引起了很多人的關注。目前，銑削加工顫振控制的方法有很多，從實施策略上，大致包括三大類：第一類，通過使用非恒定主軸轉速或非均勻刀齒的銑刀進行切削，在一定范圍內破壞顫振發生的誘導條件；第二類，設計各種各樣的阻尼單元或阻尼裝置，安裝在主軸系統上或夾具上等，吸收自激振動產生的能量，在一定程度上能夠提高銑削顫振穩定域的邊界；第三類，通過設計不同形式的作動裝置，在切削過程中，根據傳感器的反饋信號，對工件或者主軸系統的前端施加主動控制作用力，通過作動力的輸入，改變整個動態銑削加工過程的力學特性，從而實現顫振主動控制。其中，第一類與第二類方法相對簡單，但存在一定的局限性，如第一類方法，存在不適用于較高轉速工況、對刀具的強度要求較高等問題，而第二類方法中阻尼單元或裝置難以根據實際切削工況進行主動調整，提高銑削顫振的穩定域邊界的能力有限。第三類方法，根據反應加工狀態的反饋信號，基于設計的主動控制算法，利用作動裝置向銑削加工系統施加主動式作動力，對顫振的抑制效果明顯，但存在的最大不足在于，整個控制系統受到的擾動因素非常多，很難滿足整個系統魯棒性的要求，對于實際的工業應用具有一定的局限性。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于輔助疊加振動的銑削加工顫振控制方法及系統，在銑削加工過程中，考慮實際工作轉速條件及切削進給量，通過在進給方向上施加輔助疊加振動的方法，改變銑削顫振的穩定域邊界，對顫振進行控制。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種基于輔助疊加振動的銑削加工顫振控制方法，在銑削加工過程中，通過在主軸-刀具切削進給方向上產生輔助疊加振動，來實現銑削加工顫振的控制。

優選的，通過如下方法在主軸-刀具切削進給方向上產生輔助疊加振動；

在銑削機床的主軸的前端設置作動裝置，作動裝置安裝在機床坐標系下的x、y方向上，用于在主軸旋轉工況下分別對主軸徑向x、y方向上施加作動力，實現刀具任意切削進給方向上作動力的合成；當作動裝置對主軸系統施加正弦周期性作動力時，在刀具刀尖點處產生相應的振動位移響應X_s，作為輔助疊加振動。

進一步，通過實驗建立主軸刀具刀尖點處振動位移響應X_s的幅值a與作動裝置產生的作動力的如下關系，定量地控制刀具刀尖點處的振動位移；

a＝kF

其中，F為作動裝置施加在主軸前端的作動力的幅值，k為刀具刀尖點處振動位移響應幅值與作動力的幅值關系系數。