[发明专利]一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法

说明书

一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法，属于智能化加工领域，所述方法包括：步骤1，当主轴在初始转速n₀下加工时，对铣削加工状态进行实时监测，分析检测结果，确定是否发生颤振；步骤2，当未识别到颤振发生时，机床主轴保持原有转速不变，并重复执行步骤1；当识别到颤振的发生时，调整主轴转速到新的最佳主轴转速n_new，在颤振发生的早期进行抑制颤振。本发明通过主轴转速智能控制来实现铣削加工颤振的在线抑制，当监测到颤振的发生时，数控机床系统会利用本发明提供的自适应控制算法，调整主轴转速到一个新的能够稳定切削的转速n_new，解决了常规的切削过程中依靠主轴转速在一定范围内随机变化来抑制颤振的被动式方法存在的问题和缺点。

技术领域

本发明属于智能化加工领域，主要涉及稳定切削过程的自适应控制保障技术，具体为一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法。

背景技术

高速加工技术具有较高的加工效率与加工表面质量，因此逐渐被广泛地应用于实际的生产加工过程中。其中高速铣削加工技术的应用更为广泛，包括航空航天领域、汽车加工领域、模具加工领域等。然而由于铣削加工的固有属性，在切削过程中会难免会产生颤振现象，一方面严重影响零件的表面加工质量，另一方面可能引起刀具的磨损甚至引起主轴的损坏，因此铣削加工过程中的颤振抑制技术引起了广泛的关注。其中一种比较重要的颤振抑制方法为通过控制主轴转速实现颤振的抑制，具体地，在高速铣削加工过程中，当刀具沿着切削路径加工时，主轴转速在一个人为设定的转速范围内随机变化，由于该种方式是通过主轴转速的随机变化来改变刀具的切削周期进而“干扰”颤振的产生，因此属于被动式抑制颤振方法的一种。该种颤振抑制方法只需要对主轴转速进行控制，比较容易实现，然而对于高速铣削加工而言，主轴转速在一定范围内持续变化一方面对主轴控制器提出了较高的要求，另一方面又容易引起切削力较大的波动，引起更大的振动。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法，通过控制主轴转速实现主动式颤振抑制，当监测到颤振的发生时，机床主轴控制器调整主轴转速到一个新的最佳转速，对颤振进行抑制。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法，，包括如下步骤，

步骤1，当主轴在初始转速n₀下加工时，对铣削加工状态进行实时监测，得到铣削加工状态下的振动加速度信号a(k)，其中k为获取的振动加速度信号时间序列的序号；

对振动加速度信号a(k)进行滤波处理，将其中与转速有关的信号成分滤除，得到其他扰动成分

利用AR自回归模型对进行离散时间序列信号建模分析，求解所述AR模型的特征方程，得到特征方程的特征根λ，当|λ_max|＞1时，表征铣削过程不稳定，即颤振发生；

步骤2，当未识别到颤振发生时，机床主轴保持原有转速不变进行加工，并重复执行步骤1；

当识别到颤振的发生时，输出控制信号到机床主轴的控制器，控制主轴转速到新的最佳主轴转速n_new，在颤振发生的早期进行抑制颤振；

所述新的主轴转速值为n_new(k)＝n₀(1+Q_c(k))；其中，Q_c(k)为转速控制算法输出的控制参数；

通过定义成本函数为J(Q_C)＝min(S(f_chat))，其中，S(f_chat)为在主颤振频率f_chat处的功率密度值；求得使上述成本函数值最小的Q_C，从而求得新的最佳主轴转速n_new。