[發(fā)明專利]一種電主軸系統(tǒng)銑削顫振抑制方法及電主軸系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110049466.0
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN113146336B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李小虎;王崗;萬(wàn)少可;洪軍;張錦玉;劉金雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q11/00
• 分類號(hào): B23Q11/00;B23B19/02;G06F30/27;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 王艾華

1.一種電主軸系統(tǒng)銑削顫振抑制方法，其特征在于，包括以下步驟：

基于電主軸銑削動(dòng)力學(xué)模型分析在典型工況下電主軸銑削的穩(wěn)定性特征，根據(jù)所述穩(wěn)定性特征對(duì)電主軸銑削顫振時(shí)主顫振頻率估計(jì)；

基于傳遞矩陣?yán)碚摚?jì)算得到顫振波在電主軸軸系中的傳播機(jī)理和傳遞路徑，確定在典型顫振激勵(lì)條件下各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)一步確定在電主軸傳遞路徑上響應(yīng)的極大值點(diǎn)，確定抑制振動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)的位置；

基于彈性波在周期結(jié)構(gòu)中的傳播理論，以所述電主軸銑削顫振時(shí)電主軸顫振頻率為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)聲子晶體的幾何參數(shù)、材料參數(shù)以及布置形式；

將所述聲子晶體安裝到所述抑制振動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)的位置，聲子晶體外形與主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)電主軸系統(tǒng)銑削顫振的抑制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電主軸系統(tǒng)銑削顫振抑制方法，其特征在于，基于電主軸銑削動(dòng)力學(xué)模型分析在典型工況下電主軸銑削的穩(wěn)定性特征，根據(jù)所述穩(wěn)定性特征對(duì)電主軸銑削顫振時(shí)主顫振頻率估計(jì)，具體如下：

基于銑削顫振頻率特性與信號(hào)正交性分析，構(gòu)建銑削振動(dòng)信號(hào)的參數(shù)化模型，將銑削振動(dòng)信號(hào)分為穩(wěn)定成分和干擾成分，對(duì)信號(hào)中的穩(wěn)定周期成分進(jìn)行濾除；

在顫振識(shí)別的基礎(chǔ)上，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鈱?shí)現(xiàn)銑削顫振特征信號(hào)的提取，采用基于希爾伯特變換的主顫振頻率估計(jì)方法，提取主顫振中心頻率及顫振頻帶。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電主軸系統(tǒng)銑削顫振抑制方法，其特征在于，基于傳遞矩陣?yán)碚摚瑢①|(zhì)量連續(xù)分布的彈性轉(zhuǎn)子離散為由不計(jì)厚度但考慮慣量的剛性圓盤和不計(jì)質(zhì)量但考慮剛度的彈性軸段組成的盤軸系統(tǒng)，得到剛性盤左右兩端傳遞矩陣為：

將軸段與剛性盤合成一個(gè)綜合軸段，其軸段左右兩端傳遞矩陣為

盤軸系統(tǒng)的傳遞矩陣關(guān)系為：

其中，J_p為剛性盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J_d為轉(zhuǎn)軸段的動(dòng)慣量m為質(zhì)量，ω為角速度，l為主軸的長(zhǎng)度，E為楊氏模量，I為慣性矩，為最終的傳遞矩陣模型，k為剛度，n為份數(shù)，R為右端，L表示左端，T_i為軸段左右兩端傳遞矩陣，D_i為剛性盤左右兩端的傳遞矩陣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電主軸系統(tǒng)銑削顫振抑制方法，其特征在于，基于彈性波在周期結(jié)構(gòu)中的傳播理論，以所述電主軸銑削顫振時(shí)電主軸顫振頻率為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)聲子晶體的幾何參數(shù)、材料參數(shù)以及布置形式，具體為：彈性波在結(jié)構(gòu)中傳播的波動(dòng)方程為：

式中ρ為材料密度，λ、μ為L(zhǎng)ame常數(shù)，u為位移矢量，根據(jù)Bloch定理，波動(dòng)方程在周期性結(jié)構(gòu)的解u的形式可表示為：

u(r,t)＝e^i(K·r-ωt)u_K(r)

u_k(r)＝u_k(r+R)

R＝n₁e₁+n₂e₂

式中，K為波矢，r為結(jié)構(gòu)尺寸常數(shù)，ω為頻率，R為單元格矢，是單位基矢e₁和e₂的線性組合，通過n₁、n₂取不同的數(shù)值，遍歷整個(gè)空間，通過求解波動(dòng)方程，得到聲子晶體結(jié)構(gòu)的頻散方程：

F(ω,K)＝0

即得到頻率ω和波矢K之間的關(guān)系，根據(jù)所述頻率ω和波矢K之間的關(guān)系繪制出結(jié)構(gòu)的頻散曲線，獲得聲子晶體的帶隙特性，得到禁帶頻率范圍；進(jìn)而得到聲子晶體的尺寸、結(jié)構(gòu)、材料參數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電主軸系統(tǒng)銑削顫振抑制方法，其特征在于，采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法或遺傳優(yōu)化算法對(duì)聲子晶體結(jié)構(gòu)的尺寸、材料以及形狀參數(shù)進(jìn)行工程組合尋優(yōu)。