[发明专利]一种基于多频变转速的铣削颤振抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于多频变转速的铣削颤振抑制方法，所述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；建立多频变转速铣削动力学方程；对刚度时变铣削动力学方程稳定性分析，得到多频变转速下的铣削稳定性叶瓣图；将转速变化函数利用傅里叶级数展开，利用智能算法优化转速变化函数，得到最优的铣削稳定性叶瓣图。采用本方法可有效抑制铣削颤振，提升铣削稳定性叶瓣图，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，特别是一种基于多频变转速的铣削颤振抑制方法。

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，尚未发现采用多频转速变化来抑制颤振的研究。通过多频转速变化的方法进行铣削颤振抑制，算法简单，不需要构造复杂算法，控制信号由信号发生器或CNC编程命令即可产生；实验设备简单，只需要修改CNC控制命令就可以实现。因此，研究通过多频转速变化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，本发明提出一种基于多频变转速的铣削颤振抑制方法，本发明通过铣削系统主轴转速多频变化来提高稳定性叶瓣图，从而达到铣削颤振抑制的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于多频变转速的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方向的模态质重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，建立多频变转速铣削动力学方程：

其中，F_x(t)和F_y(t)分别表示X和Y方向的铣削力，其中，

其中，j表示第j个刀齿，N表示铣刀齿数，z₁(t)和z₂(t)表示切入切除点，为第j个刀齿在高度z的角位置，d为铣刀直径，β为铣刀螺旋角，Ω(t)为时变的主轴转速，x(t)和y(t)为铣刀当前时刻t的X和Y方向的振动位移，x(t-T)和y(t-T)为t-T时刻的X和Y方向的振动位移，g(φ_j(t，z))为分段函数，其中，φ_st为铣刀刀齿切入角度，φ_ex为铣刀刀齿切出角度；h(t，z)可以表示为其中τ(t)是时变的时延；

第四步骤中，傅里叶级数展开主轴转速的多频变转速函数，