[发明专利]一种提高五轴铣削系统加工稳定性的主动控制方法及系统

说明书

本发明属于数控加工技术领域，并具体公开了一种提高五轴铣削系统加工稳定性的主动控制方法及系统，其首先实时采集铣削加工过程中机床主轴的位移信号；然后对位移信号进行滤波放大和微分处理后获得各时刻的主轴位移；根据各时刻的主轴位移求出q_τ；根据q_τ计算自适应速率并根据自适应率实时计算自适应控制电流u，以作用于原系统主轴上，从而实现主轴颤振的抑制。本发明能够保证在较大去除率的条件下仍能保证系统稳定，从而保证工件表面质量的同时，提高铣削效率。

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，更具体地，涉及一种提高五轴铣削系统加工稳定性的主动控制方法及系统。

背景技术

在复杂曲面类零件五轴数控加工颤振抑制方面，传统被动方法主要包括调节主轴转速、切深、齿间角、刀轴矢量等工艺参数，使得系统工作在稳定域边界以下，从而保证铣削稳定性。被动方法实施起来较为简单，但是由于稳定域边界的限制，往往很难在有限的区域内获得满意的加工效率。相反，主动控制方法可以改变稳定域边界，突破原有系统本身的限制，从而有望在保证稳定的条件下获得更高的加工效率。

目前的主动控制装置主要分为两类：一类在主轴端，包括在普通主轴安装主动执行装置以及磁悬浮轴承电主轴系统；另一类是在工件端，通过设计柔性夹具改变工件的动态特性，从而改变切削的稳定域边界。在主动控制方法的设计中，目前都是针对平底刀在特点切削参数下的主动控制方法设计，没有针对球头刀五轴加工的稳定性主动控制方法。

目前已有一些现有专利，如CN103769945A公开的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有限；CN104647132A公开的一种基于磁悬浮轴承电主轴的铣削颤振主动控制方法，其为针对平底刀铣削刀具-工件接触区域不变情况下的铣削，难以用于五轴加工的主动控制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种提高五轴铣削系统加工稳定性的主动控制方法及系统，其旨在解决现有多轴数控机床精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。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种提高五轴铣削系统加工稳定性的主动控制方法，其包括如下步骤：

S1实时采集铣削加工过程中机床主轴的位移信号；

S2对所述位移信号进行滤波放大和微分处理后，获得各时刻主轴在机床X和Y方向的位移x(t)和y(t)，t表示时间；

S3根据各时刻主轴在机床X和Y方向的位移x(t)和y(t)求出其中，τ表示刀通周期，w(t)表示傅里叶级数基函数；

S4根据q_τ计算自适应速率并根据自适应率实时计算自适应控制电流u，将电流u作用于机床主轴上，从而实现主轴颤振的抑制。

作为进一步优选的，所述w(t)采用如下公式计算：

w(t)＝[1 cos(ωt) sin(ωt) ... cos(nωt) sin(nωt)]^T

其中，ω表示刀通频率，n为自然数。

作为进一步优选的，所述刀通频率ω采用如下公式计算：

其中，S表示机床主轴转速，N表示铣刀刀齿数。

作为进一步优选的，所述自适应速率采用如下公式计算：

其中，i＝1，2，为q(t)的一阶微分，E_i为矩阵[E₁ E₂]中的第i项，Λ_i为对称正定矩阵。