技术特征：
1.一种多轴铣削加工颤振的抑制方法，其特征在于，该抑制方法包括以下步骤：(1)采集刀具的振动状态，并基于采集到的振动状态数据依据控制律计算得到此时压电作动器用于抑制颤振所需的控制电压；其中，控制律进行控制作用所采用的传递函数为：c(s)＝kp+kd
·
s式中，kp与kd分别为比例与微分项系数，对应的刀尖处的传递函数模型的数学表达式为：式中，g
tt
(s)表示铣削力至刀尖位移响应的传递函数矩阵，g
dd
(s)表示控制力至位移传感器测量的刀杆处的位移响应的传递函数矩阵，刀杆处铣削力的响应为g
tt
(s)
·
g
dt
(s)，刀尖处控制力的响应为g
dd
(s)
·
g
td
(s)，c(s)表示控制作用传递函数；(2)施加计算得到的该控制电压给压电作动器，使得压电作动器进行作动以产生作动力而作用于刀杆，由此实现对刀具颤振的抑制。2.如权利要求1所述的多轴铣削加工颤振的抑制方法，其特征在于：该抑制方法所采用的颤振主动控制装置与刀具的耦合微分运动方程为：其中，m1，c1，k1为刀具的等效质量、刚度与阻尼，m2为作动器与支架相加的等效模态质量，c2，k2，c3，k3分别是作动器、安装支架的等效刚度与阻尼；f代表外界干扰力，f
d
代表压电作动器输出力；x1(t)为刀杆的位移；x2(t)为与作动器直接相接触的支架的位移。3.如权利要求2所述的多轴铣削加工颤振的抑制方法，其特征在于：根据耦合微分运动方程得到的以压电作动器的作动力为输入，刀杆位移响应为输出的刀杆处的传递函数模型的表达式为：其中：a＝m1m2b＝m1(c2+c3)+m2(c1+c2)c＝m1(k2+k3)+m2(k1+k2)+c1c2+c2c3++c1c3d＝c1(k2+k3)+c2(k1+k3)+c3(k1+k2)e＝k1k2++k1k3++k2k3。4.如权利要求3所述的多轴铣削加工颤振的抑制方法，其特征在于：将作动力与铣削力作用导致的振动位移做线性叠加，则有：z
t
(s)＝g
tt
(s)
·
f
t
(s)+g
td
(s)
·
g
dd
(s)f
d
(s)z
d
(s)＝g
dd
(s)
·
f
d
(s)+g
dt
(s)
·
g
tt
(s)f
t
(s)f
d
(s)＝c(s)
·
z
d
(s)；进而考虑输出力无法直接作用于刀尖点而是与压电作动器直接接触的刀杆处，得到以铣削力为输入，刀尖位移响应为输出的刀尖传递函数模型。
5.如权利要求2所述的多轴铣削加工颤振的抑制方法，其特征在于：通过模态试验法测量得到刀具的模态参数，将其等效为二阶微分系统；通过有限元响应分析得到与刀具固定连接的颤振主动控制装置处的模态特性，也将其等效为二阶微分系统；压电作动器的模态特性根据阶跃响应实验结合压电作动器的规格参数求解得到，三者共同构成振动系统。6.一种多轴铣削加工颤振主动控制设备，其特征在于：所述主动控制设备是采用权利要求1-5任一项所述的多轴铣削加工颤振的抑制方法来对刀具颤振进行抑制的，其包括位移传感器、上位机及颤振主动控制装置，所述位移传感器设置在所述颤振主动控制装置上，其用于实时采集刀具的振动状态，并将采集到的振动状态数据传输给所述上位机；所述上位机依据选定的控制律及收到的振动状态数据计算出此时压电作动器抑制颤振所需的控制电压值，并输出该控制电压数值给压电作动器的控制器，进而施加控制电压给压电作动器进行运动，压电作动器伸长，由于压电作动器的首尾端被限制，被限制的位移转换为输出力施加于刀具，以此来抑制刀具的振动状态而达到减小刀具与工件之间的相对振动的目的，实现颤振控制。7.如权利要求6所述的多轴铣削加工颤振主动控制设备，其特征在于：所述主动控制装置包括固定支架、一端活动地连接于所述固定支架的固定支背、一端固定连接于所述固定支背另一端的滑轨、滚珠丝杠及固定支板，所述固定支板用于套设在主轴上以实现对主轴的固定；所述滑轨的另一端套设在所述滚珠丝杠的一端上；所述滚珠丝杠的另一端设置在所述固定支板上；所述固定支板部分的套设在所述滑轨上；通过旋转所述滚珠丝杠来使得所述固定支板沿所述滑轨水平滑动，改变所述固定支板相对于所述固定支架的位置；通过改变所述固定支背在所述固定支架竖直方向上的位置来调节所述固定支板在竖直方向上相对于所述固定支架的位置。8.如权利要求7所述的多轴铣削加工颤振主动控制设备，其特征在于：所述固定支架呈l型，其一端开设有竖直滑槽，所述固定支架通过该滑槽及螺栓与所述固定支背相连接。9.如权利要求7所述的多轴铣削加工颤振主动控制设备，其特征在于：所述主动控制装置包括两个压电作动器、两个弹簧及固定连接于所述固定支架的另一端的固定底板，所述固定底板呈十字型，其开设有收容孔及四个与所述收容孔相连通的收容槽，所述收容孔贯穿所述固定底板的中部，且其中心轴与所述固定底板的中心轴重合；四个所述收容槽绕所述收容孔均匀排布；两个所述压电作动器及两个所述弹簧分别设置在四个收容槽内，且两个所述压电作动器相邻设置。10.如权利要求9所述的多轴铣削加工颤振主动控制设备，其特征在于：所述主动控制装置还包括轴承、受力连接件及柔性铰链，所述压电作动器邻近所述收容孔的一端连接有所述柔性铰链；所述受力连接件及所述轴承设置在所述收容孔内，且所述受力连接件套设在所述轴承的外部，所述柔性铰链与所述受力连接件相接触；所述轴承用于承载与主轴相连的刀具。
技术总结
本发明属于铣削加工相关技术领域，其公开了一种多轴铣削加工颤振主动控制设备及抑制方法，所述抑制方法包括以下步骤：(1)采集刀具的振动状态，并基于采集到的振动状态数据依据控制律计算得到此时压电作动器用于抑制颤振所需的控制电压；(2)施加计算得到的该控制电压给压电作动器，使得压电作动器进行作动以产生作动力而作用于刀杆，由此实现对刀具颤振的抑制。本发明利用激光位移传感器实时测量刀具的振动状态，基于主动控制律计算控制电压并输出给压电作动器，以实现实时控制，且提高了准确性。确性。确性。
技术研发人员：唐小卫 彭芳瑜 高顺 闫蓉 杨慰
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2022.07.11
技术公布日：2022/10/3