[发明专利]一种基于辅助叠加振动的铣削加工颤振控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于辅助叠加振动的铣削加工颤振控制方法，其特征在于，在铣削加工过程中，通过在主轴-刀具切削进给方向上产生辅助叠加振动，来实现铣削加工颤振的控制；

通过如下方法在主轴-刀具切削进给方向上产生辅助叠加振动；

在铣削机床的主轴(1)的前端设置作动装置(2)，作动装置(2)安装在机床坐标系下的x、y方向上，用于在主轴旋转工况下分别对主轴径向x、y方向上施加作动力，实现刀具任意切削进给方向上作动力的合成；当作动装置(2)对主轴系统施加正弦周期性作动力时，在刀具刀尖点处产生相应的振动位移响应X_s，作为辅助叠加振动；

通过实验建立主轴刀具刀尖点处振动位移响应X_s的幅值a与作动装置(2)产生的作动力的如下关系，定量地控制刀具刀尖点处的振动位移；

a＝kF

其中，F为作动装置施加在主轴前端的作动力的幅值，k为刀具刀尖点处振动位移响应幅值与作动力的幅值关系系数。

2.根据权利要求1所述的一种基于辅助叠加振动的铣削加工颤振控制方法，其特征在于，建立主轴刀具刀尖点处振动位移响应与作动力的函数关系时，利用非接触式位移传感器对主轴刀具刀尖点处的振动位移响应进行测量，记录不同幅值周期性作动力下主轴刀具刀尖点处的位移响应幅值，从而得到刀具刀尖点处振动位移响应幅值与作动力的幅值关系系数k。

3.根据权利要求1所述的一种基于辅助叠加振动的铣削加工颤振控制方法，其特征在于，针对不同的工况条件，与作动装置连接的控制器从机床的CNC系统中读取主轴转速以及进给速度，再综合铣刀刀具齿数，得到沿主轴-刀具切削进给方向施加的辅助叠加振动的周期频率和最大幅值，

根据在刀具刀尖点处所需施加的辅助叠加振动的最大幅值a_max，以及主轴刀具刀尖点处振动位移响应与作动装置(2)产生的作动力的关系，得到作动力的最大幅值，由辅助叠加振动的周期频率得到一致的作动力频率，从而输出控制电压信号到安装在主轴前端的作动装置，使得在主轴-刀具切削进给方向上，产生所需的作动力，在刀具刀尖点处产生所需的辅助叠加振动。

4.根据权利要求3所述的一种基于辅助叠加振动的铣削加工颤振控制方法，其特征在于，辅助叠加振动X_s的周期频率由下式确定：

其中，f为辅助叠加振动的频率，单位Hz；ω为主轴的转速，单位为rpm；N为铣削加工时所用铣刀的刀齿数。

5.根据权利要求4所述的一种基于辅助叠加振动的铣削加工颤振控制方法，其特征在于，辅助叠加振动的最大幅值由下式确定：

a_max＝ρ·X₀

其中，a_max为辅助叠加振动的最大幅值，单位为mm；X₀为铣削加工的进给速度，单位为mm/齿，ρ为可选择的比例系数，且0<ρ<1。

6.一种基于辅助叠加振动的铣削加工颤振控制系统，其特征在于，采用如权利要求1-5中任意一项所述的控制方法，包括设置在在铣削机床的主轴(1)的前端的作动装置(2)，连接机床的CNC系统读取主轴转速以及进给速度，以及铣刀刀具齿数的控制器，控制器用于根据辅助叠加振动的最大幅值和辅助叠加振动的周期频率得到作动力的最大幅值和频率，输出相应的控制电压信号控制作动装置(2)。

7.根据权利要求6所述的一种基于辅助叠加振动的铣削加工颤振控制系统，其特征在于，针对不同的工况条件，与作动装置连接的控制器从机床的CNC系统中读取主轴转速以及进给速度，再综合铣刀刀具齿数，得到沿主轴-刀具切削进给方向施加的辅助叠加振动的周期频率和最大幅值。

8.根据权利要求6所述的一种基于辅助叠加振动的铣削加工颤振控制系统，其特征在于，作动装置(2)安装在机床坐标系下的x、y方向上，用于在主轴旋转工况下分别对主轴径向x、y方向上施加作动力，合成刀具任意切削进给方向上的作动力。