一种智能铣削电主轴在线主动式切削颤振抑制系统及方法与流程

技术特征：

1.一种智能铣削电主轴在线主动式切削颤振抑制系统，其特征在于，包括依次连接的传感部分、控制器以及颤振抑制调控装置；

传感部分包括安装在主轴(2)前端用于测量主轴(2)径向位移的非接触式电涡流位移传感器(9)、用于采集电涡流位移传感器(9)的位移信号并将位移信号转换为加速度信号的信号采集器(10)；

控制器(11)用于根据信号采集器(10)输出的加速度信号，输出控制电压信号到颤振抑制调控装置；

颤振抑制调控装置包括功率放大器(12)和主动式电磁轴承；主动式电磁轴承包括转子铁心(4)和定子铁心(3)；转子铁心(4)安装在主轴(2)的前端；定子铁心(3)上绕有铜线圈；功率放大器(12)用于将收到的电压信号转换为控制电流信号，其输出端分别与铜线圈连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能铣削电主轴在线主动式切削颤振抑制系统，其特征在于，所述的信号采集器(10)实时采集位移信号，对位移信号进行低通滤波和微分处理后，将位移信号转换为加速度信号。

3.根据权利要求1所述的一种智能铣削电主轴在线主动式切削颤振抑制系统，其特征在于，所述的定子铁心(3)与转子铁心(4)分别由硅钢片叠加而成的；转子铁心(4)与主轴(2)过盈配合，定子铁心(3)及铜线圈安装在主轴壳体上。

4.根据权利要求1所述的一种智能铣削电主轴在线主动式切削颤振抑制系统，其特征在于，所述的铜线圈缠绕在定子铁心上，形成磁极，每相邻两个磁极上的铜线圈串联，且绕向相反，形成一个磁极对；定子上均匀分布八个磁极，形成四个磁极对，用于产生水平和竖直方向的力。

5.根据权利要求1所述的一种智能铣削电主轴在线主动式切削颤振抑制系统，其特征在于，共设置有两个电涡流位移传感器(9)；两个电涡流位移传感器(9)垂直分布，且与磁极对产生电磁力的方向一致。

6.一种智能铣削电主轴在线主动式切削颤振抑制方法，其特征在于，包括加工过程中颤振的识别及抑制两个步骤；

颤振识别时，利用非接触式的电涡流位移传感器(9)直接测得加工过程中主轴(2)前端的径向位移；利用信号采集器(10)对位移信号进行采集并转换为加速度信号；对加速度信号进行分析，判断颤振是否发生，若颤振发生则进行颤振抑制步骤；

颤振抑制时，利用主动式电磁轴承的精确可控性，通过改变输入主动式电磁轴承定子(3)上的电流，实现主动式电磁轴承支撑参数的精确调控，改变铣削加工过程中的稳定切削区间范围，实现不改变切削参数条件下的颤振抑制。

7.根据权利要求6所述的一种智能铣削电主轴在线主动式切削颤振抑制方法，其特征在于，颤振的识别具体步骤如下，

安装在主轴前端的电涡流位移传感器实时地检测加工过程中铣削电主轴前端的径向位移，并利用信号采集装置对位移信号进行采集，同时，对采集到的位移信号进行处理，通过低通滤波及微分处理，最终将位移信号转换为加速度信号；将转换后的加速度信号输入到控制器(11)中，对加速度信号进行如下的功率谱分析；

计算加速度信号功率谱的能量总值

计算加速度信号功率谱中主颤振频率附近的能量值

计算主颤振频率附近范围内的能量值在加速度信号功率谱能量总值中所占的比例

将λ与阈值λ₀进行比较，若λ≥λ₀，则判断颤振发生，进行颤振抑制的步骤；若λ＜λ₀则判断无颤振发生，控制器无动作；

其中，f_a、f_b为加速度信号功率谱的频率范围区间；f_c1＝0.8f_c，f_c2＝1.2f_c，f_c为主颤振频率，等于主轴刀具系统的一阶固有频率，由模态实 验获得；阈值λ₀根据切削试验获得。

8.根据权利要求6所述的一种智能铣削电主轴在线主动式切削颤振抑制方法，其特征在于，颤振的抑制具体步骤如下，

当检测到颤振的发生时，控制器(11)向功率放大器(12)输出控制电压信号，控制电压信号经功率放大器(12)放大后转换成控制电流信号，输入到绕在定子铁心(3)上的铜线圈中，使得每对磁极产生对应大小的电磁力；电磁力的大小表征了主动式电磁轴承的支撑刚度，而电磁力的大小由输入到线圈中的控制电流电磁的大小控制；通过改变主动式电磁轴承的支撑刚度，改变铣削电主轴系统的动态特性，使得切削过程从颤振不稳定区域变为稳定切削区域，从而抑制颤振的发生。