[发明专利]一种自适应振动塑形铣削颤振抑制方法

权利要求书

1.一种自适应振动塑形铣削颤振抑制方法，所述方法包括以下步骤：

第一步骤(S1)中，建立坐标系，以铣刀顶部中心为原点，以进给方向为OX轴，OY轴垂直于进给方向，对铣刀进行锤击模态测试以获得X和Y方向的模态质量m_x，m_y、模态刚度k_x，k_y、模态阻尼c_x，c_y；

第二步骤(S2)中，对预定工件进行铣削力系数测试以得到铣削力系数，其中，铣刀直线铣削以测试不同进给速度下的铣削力，对铣削力和进给速度拟合得到切向切削力系数和径向切削力系数K_t和K_n；

第三步骤(S3)中，建立铣削动力学方程

其中，x(t)和y(t)为铣刀当前时刻t的X和Y方向的振动位移，和为铣刀当前时刻t的X和Y方向的振动速度，和为铣刀当前时刻t的X和Y方向的振动加速度，X和Y方向铣削力F_x(t)和F_y(t)为：

其中，j表示第j个刀齿，N表示铣刀齿数；把铣刀轴向切深a_p划分成N_a个圆盘，Z表示自下而上的第z个圆盘，dz＝a_p/N_a是每个圆盘的厚度，第j个刀齿在第z个圆盘上的角位置φ_j(z，t)＝(2πΩ/60)t+(j-1)·2π/N-2ztanγ/D，Ω是主轴转速，D是铣刀直径，γ是铣刀螺旋角，g(φ_j(t，z))为分段函数，其中，φ_st为铣刀刀齿切入角度，φ_ex为铣刀刀齿切出角度；h_j(t，z)为第j个刀齿在第z个圆盘上的瞬时切削厚度，表示为h_j(z，t)＝f_tsin(φ_j(z，t))+Δx_jzsin(φ_j(z，t))+Δy_jzcos(φ_j(z，t))，其中，f_t表示每齿进给量，Δx_jz和Δy_jz分别是X、Y两个方向上第j个刀齿在第z个圆盘上的瞬时未切削厚度，利用数值方法进行时域求解进行时域仿真得到位移信号；

第四步骤(S4)中，将第三步骤(S3)中仿真得到的位移信号进行铣削过程颤振频率识别，其中，对位移信号进行傅里叶变换，极值搜索得到各个极值点的振动频率，基于正常频率是主轴转频整倍数过滤转频及其倍频，剩下的频率即为铣削颤振频率；

第五步骤(S5)中：以铣削颤振频率为前馈信号，以位移信号为反馈信号对铣削过程进行自适应振动塑形控制，其中，利用正弦信号发生器生成一对正交信号：x_a(n)＝cos(ω_cn)和x_b(n)＝sin(ω_cn)，其中ω_c是第四步骤(S4)中得到的铣削颤振频率，n表示连续时间t的离散表示；控制器的输入y(n)＝w_a(n)x_a(n)+w_b(n)x_b(n)，其中w_a(n)和w_b(n)是控制器系数，控制器输出包含增益系数分别为1-β和β的消减支和均衡支，消减支和均衡支的输出分别为y_c(n)＝(1-β)y(n)和y_b(n)＝βy(n)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一步骤(S1)中，在铣刀刀尖处的X和Y方向分别安装加速度传感器，在刀尖的自由端用力锤分别在X和Y方向进行敲击，通过对铣刀进行锤击测得的信号通过数据采集器进行采集和分析以得到X和Y方向的模态质量m_x，m_y、模态刚度k_x，k_y、模态阻尼c_x，c_y。