一种基于磁悬浮轴承电主轴的铣削颤振主动控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数控加工技术领域，更具体地，涉及一种基于磁悬浮轴承电主轴的铣 削颤振主动控制方法。
【背景技术】
[0002] 在复杂曲面类零件五轴数控加工颤振抑制方面，传统方法以被动控制为主，该类 方法通过调节主轴转速、刀具进给周期、最大切深、刀长、齿间角等工艺参数，使得系统工作 在凸角效应点的下方，从而在保证铣削稳定性的前提下获得较高的转速和切深。被动控制 方法虽然设计安装简单，但它所能够调整的稳定区间很小，对闭环动力学的改善有限。因此 必须采用改变主轴单元固有动态特性的控制手段来抑制颤振，该控制手段即基于磁悬浮轴 承电主轴的主动控制技术。
[0003] 磁悬浮轴承电主轴主动控制技术的思想为通过在电主轴单元合适部位配置磁悬 浮轴承制动器和传感器，利用反馈控制的作用，使闭环系统的整体动态性能发生变化，从而 有效拓展系统的闭环稳定区域，从中找到性能更优的点，提高最大金属铣削率。主动控制技 术具有根本改变系统动力学行为的能力，因此其抑制颤振的能力远远强于被动控制技术。
[0004] 经过对现有文献的检索，发现有以下现有技术：申请号为201310475810. 8,公布 号为CN 103769945A，名称为"振动抑制方法和机床"，该技术通过改变主轴转速以达到抑制 颤振的效果，属于被动控制，对于提高加工效率的能力也有限。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于磁悬浮轴承电主轴的铣削 颤振主动控制方法，旨在解决现有数控机床铣削加工中因自激颤振现象而引起的工件表面 质量下降，铣削效率低的问题。
[0006] 本发明提供了一种基于磁悬浮轴承电主轴的铣削颤振主动控制方法，包括下述步 骤：
[0007] (1)当电主轴发生铣削颤振时，采集电主轴的电流位移信号；
[0008] (2)对所述电流位移信号进行滤波放大和微分处理后，获得由电主轴位移和速度 构成的状态向量Q(t);所述状态向量Q(t)是4维的列向量；
[0009] (3)根据所述状态向量Q(t)获得电主轴位移[FxFy] T= Cq[Q(t-T/N)-Q(t)];
[0010] 其中
【主权项】
1. 一种基于磁悬浮轴承电主轴的铣削颤振主动控制方法，其特征在于，包括下述步 骤： (1) 采集电主轴发生铣削颤振时的电流位移信号； (2) 对所述电流位移信号进行滤波放大和微分处理后，获得由电主轴位移和速度构成 的状态向量Q (t); ⑶根据所述状态向量Q(t)获得电主轴位移[Fx Fy]T= Cq[Q(t-T/N)-Q(t)]; 其中
I Q(t-T/N)为t-T/N时刻的电主轴位移和速度构成的状态向 量，T表不主轴旋转周期，N表不统刀的刀齿数，FxS X方向的电主轴位移，F y为y方向的电 主轴位移，上标T表示对向量的转置； (4) 对切削力动态矩阵K (t)中的每一个元素进行傅里叶变换，获得切削力 谐波动态矩阵Mt),并根据切削力谐波动态矩阵Mt)获得三角函数列向量 ^(t)=[l,cos((〇t),sin((〇t),...,cos(6i；(〇t),sin(ci；(〇t)] 1 ； 其中切削力谐波动态矩阵Mt)为切削力动态矩阵K(t)中的每一个元素进行傅里叶 级数展开的前2 α +1项部分和，ω = 2 π N/T为谐波频率，α为正整数； (5) 根据所述电主轴位移[Fx F/和所述三角函数列向量>(t)获得谐波位移 h⑴=[F，'⑴ ?7，、1)]1 ; (6) 根据状态位移项系数矩阵A和李雅普诺夫方程XA+ATX = -I获得对称正定矩阵 X，根据对称正定矩阵X获得状态权系数[A1 A2] =XB，根据状态权系数[A1 A2]以及 所述状态向量Q(t)获得第一自适应权系数⑴和第二自适应权系数22=A〖Q⑴； (7) 根据所述谐波位移h(t)、所述第一自适应权系数A1和所述第二自适应权系数λ 2 获得第一自适应率4和第二自适应率A; 其中，第一自适应变化率第二自适应变化率4=4Φ2_)，φ# φ 2分别 为任意取的两个4 α +2阶的对称正定矩阵，第一自适应率A和第二自适应率·&2均为4 α +2 维列向量； (8) 根据所述第一自适应率右、所述第二自适应率A以及所述谐波位移h(t)获得自 适应控制电流a(t)=[<h(t).6h(t):r ; (9)将所述自适应控制电流QJt)作用在径向磁悬浮 轴承上，并产生相应的磁场力，从而实现对主轴的颤振进行抑制。
2. 如权利要求1所述的铣削颤振主动控制方法，其特征在于，所述状态位移项系数矩 阵A为：
，ζ为铣刀系统结构的阻尼比，ωη为铣刀系统结构的 固有频率。
3. 如权利要求1所述的铣削颤振主动控制方法，其特征在于，所述切削力系数矩阵B %
，m为铣刀系统结构的模态质量。
4. 如权利要求1所述的铣削颤振主动控制方法，其特征在于，所述切削力动态矩阵为：
其中表示铣刀的第j个刀齿的旋转角，Kt和L表示切削力系数， 和S(t)分另Ij表示筛选函数和三角函数阵；
小3和Φ e分别表示刀齿相对工件的切入和切出角。
5. 如权利要求1所述的铣削颤振主动控制方法，其特征在于，所述切削力动态矩阵 K(t)是以T/N为周期的周期函数矩阵，K(t+T/N) =K(t)。
6. 如权利要求1所述的铣削颤振主动控制方法，其特征在于，所述4 a +2阶对称正定矩 阵 φ# Φ 2，当 a = 1 时，（I)1 =(I)2 :
【专利摘要】本发明公开了一种基于磁悬浮轴承电主轴的铣削颤振主动控制方法，包括下述步骤：采集电主轴发生铣削颤振时的电流位移信号；获得由电主轴位移和速度构成的状态向量Q(t)；根据电主轴位移[Fx Fy]T和三角函数列向量获得谐波位移获得第一自适应权系数和第二自适应权系数根据谐波位移h(t)、第一自适应权系数λ1和第二自适应权系数λ2获得第一自适应率和第二自适应率根据第一自适应率第二自适应率以及谐波位移h(t)获得自适应控制电流将自适应控制电流Qc(t)作用在径向磁悬浮轴承上，并产生相应的磁场力，从而实现对主轴的颤振进行抑制。本发明消除铣削过程中产生的颤振，进而保证了加工质量并提高了加工效率。
【IPC分类】B23Q15-12
【公开号】CN104647132
【申请号】CN201410805910
【发明人】陈智勇, 吴越, 赵欢, 张海涛, 赵杰, 丁汉, 赵鑫, 张国强
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月22日