[发明专利]一种自适应振动塑形铣削颤振抑制方法

说明书

本发明公开了一种自适应振动塑形铣削颤振抑制方法，该方法对铣刀进行锤击模态实验，得到其模态质量，模态刚度以及模态阻尼等模态参数；通过对预定的工件材料进行铣削力系数辨识实验，得到铣削力系数；建立铣削动力学方程，进行时域仿真；对时域仿真位移信号进行颤振频率识别；以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。采用本方法可有效抑制铣削颤振频率并且不影响铣削过程中的转频及其倍频等正常频率，从而使作动器需要提供的控制力大大减小，避免作动器饱和效应，同时可以提高加工质量和加工效率。

技术领域

本发明属于铣削加工控制技术领域，特别是一种自适应振动塑形铣削颤振抑制方法。

背景技术

目前的数控加工正朝着高速化的方向发展，在高速加工环境下不但能实现高的加工效率，保持较低的切削温度延长铣刀使用寿命，同时也使得加工薄壁零件成为了可能。然而在机床高速加工过程中，存在一种严重影响加工质量和加工效率的颤振现象。颤振是在刀具和工件之间的一种自激振动，颤振的发生会造成巨大的经济损失，比如刀具磨损，工件表面质量恶化，降低加工效率等等。颤振抑制的研究可以大幅度增加刀具寿命，提高加工效率和加工质量，对实际生产加工有着重要的意义。

在以往铣削颤振抑制中，尚未发现采用自适应振动塑形的铣削颤振抑制方法的研究。通过自适应振动塑形的方法进行铣削颤振抑制，算法简单，不需要构造复杂算法，可以在频域精确地修正和控制铣削振动频率，在抑制颤振频率的同时不会影响正常的切削频率，从而使作动器提供的控制力大大减小，避免作动器的饱和效应。因此，研究通过自适应振动塑形的方式进行铣削颤振抑制具有很大的实际应用潜力。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种自适应振动塑形铣削颤振抑制方法，本发明通过自适应频谱塑形的方法抑制铣削颤振的同时不会影响正常的切削频率，从而使作动器提供的控制力大大减小，避免作动器的饱和效应。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种自适应振动塑形铣削颤振抑制方法包括以下步骤：

第一步骤中，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：