[发明专利]基于弯曲型致动器的薄壁件加工振动抑制装置及方法

说明书

本发明公开了一种薄壁件铣削颤振主动控制装置包括振动检测单元、信号采集单元、功率放大单元、控制计算机、可编程信号发生器、弯曲型致动器；所述弯曲型致动器用于对薄壁工件施加反向抑振力，对铣削过程的再生颤振进行主动控制；本发明还公开了针对于该抑振装置的振动主动控制方法。本发明能够以较高的精度实现薄壁件铣削过程中的振动的实时检测和反馈控制，响应速度快，输出力大并且准确，还具备体积小、功耗小、单位体积应变能大等优点，能适应复杂形状薄壁件狭小的加工空间以及复杂形状薄壁件加工过程刀具‑工件系统动态特性的复杂性和时变性。

技术领域

本发明属于机加工领域，具体涉及一种基于弯曲型致动器的薄壁件加工振动抑制装置及方法。

背景技术

薄壁零件具有质量轻、比强度高等优点，目前已广泛应用于航空航天、汽车、能源等众多的领域。特别是在航空航天领域，减轻结构质量将降低能耗并提升飞行器整体性能。因此设计并制造满足性能需求的高质量薄壁件具有非常重要的意义。典型的航空薄壁零部件主要有整体叶盘、组装叶盘、机匣、翼肋、襟翼滑轨、大梁、壁板等。

薄壁零件属于弱刚性部件，其加工难点主要在于切削力作用下极易发生振动，特别是在大切削参数下振动现象更为明显、甚至发生颤振。振动现象的存在不仅损害了机床和刀具寿命、限制了加工效率，还降低了工件表面加工质量，这将严重降低生产效率，降低成品的精度，提高生产成本。因此，通过一定方法对薄壁件加工过程中的振动进行主动控制具有十分重要的意义。

目前为止有两种主要的方法解决薄壁件加工振动控制问题，即被动和主动控制方法。被动控制将被动材料安装在结构上以改变刚度和阻尼系数等零件动态特性，可是它增加结构的复杂程度，并且减振性能较差，灵活度低，无法满足复杂多变的加工要求。近些年随着智能材料的迅速发展，电流变液、压电陶瓷、电磁致动器等被应用于振动主动控制当中，取得了较好的效果。例如，李小虎等人(参见专利“基于预测-自适应控制的铣削电主轴振动抑制系统及方法-201810092078.9”)使用电磁致动器对铣削主轴振动进行主动控制，该方法输出作用力和位移大，但是控制精度不高，难以适应航空用零件高精度要求；Pan.G等人将磁致伸缩致动器应用于车削延伸杆振动控制(参见“Modeling and intellligentchatter control strategies for a lathe machine.Control Engineering Practice,1996,4(12):1647～1658”)，这种主动控制方法响应速度快，位移、力较大，脆性材料易折断，仅能单向受力。

陈浦炜等人使用音圈电机对航空薄壁件铣削颤振进行主动控制(参见“Researchon Active Vibration Control of Thin-walled Workpiece in Milling Based onVoice Coil Motor”)，这种控制方法响应速度快，精度高，可靠性强，但是致动器体积大，灵活性差，难以适应复杂核心航空薄壁零件(如涡轮整体叶盘、叶轮)狭小的加工空间，很难应用于实际生产当中。因此，寻求一种响应速度快、精度高、可靠性好、能适应复杂核心航空薄壁零件狭小加工空间的振动主动控制方法是亟需的。

主动控制根据系统响应并结合适当的控制算法抑制加工振动，主要过程是根据在线测得刀具与工件间的相对振动或切削力大小，应用智能致动器来产生补偿或抵消振动的力。传感器和智能致动器形成一个闭环方便控制器设计，通过合理改变系统动态特性，主动控制方法可以提高薄壁件铣削加工系统的稳定性，从而提高加工效率。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于弯曲型致动器的薄壁件加工振动抑制装置及方法，以弯曲型致动器为执行器，通过改变致动器两端电压，对工件施加反向作用力，以此抑制薄壁工件颤振。本装置具有响应速度快、输出力准确、体积小等优点，能够适应典型航空薄壁件(整体叶盘、叶轮)加工空间狭小的加工特点。