一种铣削颤振在线抑制方法

摘要

本发明涉及一种铣削颤振在线抑制方法，其包括设置在机床主轴下端的夹持盘，第一电容式位移传感器、第二电容式位移传感器、采集器以及数据分析仪，所述第一电容式位移传感器与第二电容式位移传感器对称设置在夹持盘下端，并与采集器连接，所述采集器与数据分析仪连接，本发明对颤振的抑制采用控制器与电磁感应线圈相结合的方式，通过电流大小控制磁场强度，进而控制整个工艺系统的阻尼，并构成完整的闭环反馈，该装置通用性强，便于安装在不同类型的机床主轴上，使加工过程更加平稳，有效保证了加工精度。

主权项

一种铣削颤振在线抑制方法，其特征在于步骤如下：①利用数据采集处理模块采集加工过程的时域位移信号，计算其功率谱熵值，得到功率谱熵曲线以及频率变化特性；101所述数据采集处理模块包括：设置在机床主轴下端的夹持盘(3)，第一电容式位移传感器(4)、第二电容式位移传感器(5)、采集器以及数据分析仪，所述第一电容式位移传感器(4)与第二电容式位移传感器(5)对称设置在夹持盘(3)下端，并与采集器连接，所述采集器与数据分析仪连接；机床运转后，第一电容式位移传感器(4)和第二电容式位移传感器(5)实时采集主轴末端的振动位移信号x(t)，并计算x(t)的功率谱：$s\left(f\right)=\frac{1}{2\pi N}|X\left(w\right){|}^2---\left(1\right)$式(1)中，N代表信号x(t)的长度，X(w)为信号x(t)的快速傅里叶变换；102计算采集信号的频谱概率密度分布函数：$p_i=s\left(f_i\right)/\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}s\left(f_k\right),i=1,2,3,4,\mathrm{5...},N---\left(2\right)$式(2)中，s(f_i)是频率组成f_i的谱能量,p_i是相应的概率密度,N是数据个数；103得到采集信号的功率谱熵：104计算采集信号的功率谱熵，在[0,1]区间内标准化功率谱熵值，绘制功率谱熵曲线，进而得到功率谱熵曲线的变化状态：$E=\frac{H}{\log N}=\frac{-\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_i·{\mathrm{logp}}_i}{\log N};---\left(4\right)$②根据功率谱熵曲线，由颤振判定抑制模块确定颤振发生阈值，判断颤振发生并进行在线抑制；201所述颤振判定抑制模块包括：控制器、第一放大器、第二放大器、第一电磁感应线圈(1)以及第二电磁感应线圈(2)；所述第一电磁感应线圈(1)设置在夹持盘(3)上端并随轴套内嵌在外壳内，所述第二电磁感应线圈(2)内嵌在夹持盘(3)上并设于第一电容式位移传感器(4)和第二电容式位移传感器(5)上方，所述控制器输出端分别与第一放大器、第二放大器输入端连接，所述第一放大器输出端与第二电磁感应线圈(2)连接，所述第二放大器与第一电磁感应线圈(1)连接；所述数据采集处理模块、颤振判定抑制模块依次顺序连接；202振动位移信号经采集器进行调理，然后将信号传输到数据分析仪中，在数据分析仪中，对信号进行滤波处理，消除噪声信号，计算信号的功率谱熵，绘制功率谱熵曲线，并将时域信号与功率谱熵曲线同时显示，得到步骤104中功率谱熵曲线的变化状态；203所述颤振发生阈值为连续两秒时间范围内，功率谱熵整体变化的绝对值在0.1～0.2之间，且功率谱熵在一秒内的斜率绝对值大于或等于0.15；204根据203判定的结果，将控制信号传输到控制器中，当颤振处于微弱状态时，即功率谱熵整体变化的绝对值在0.1‑0.15之间，且功率谱熵在一秒内的斜率绝对值大于或等于0.15；控制器通过第一放大器或第二放大器启动第一电磁感应线圈(1)或第二电磁感应线圈(2)；当颤振状态比较明显，即功率谱熵整体变化的绝对值在0.15‑0.2之间，且功率谱熵在一秒内的斜率绝对值大于或等于0.2，控制器通过第一放大器和第二放大器同时启动第一电磁感应线圈(1)和第二电磁感应线圈(2)；第一电磁感应线圈(1)和第二电磁感应线圈(2)接受控制器指令，电流强度增大，进而增加电主轴端部的磁场强度，最终增大机床频率特性中的阻尼，抑制加工过程中的颤振；205进行颤振抑制后，当采集的振动位移信号功率谱熵曲线的显示结果为无颤振状态，控制器通过第一放大器或第二放大器启动第一电磁感应线圈(1)或第二电磁感应线圈(2)；第一电磁感应线圈(1)或第二电磁感应线圈(2)接受控制器指令，减小电流强度，进而减小阻尼；③对颤振抑制结果进行再次判别，并根据判断结果进行二次控制；功率谱熵曲线的变化状态信息再次传入控制器中，当有颤振发生时，执行步骤205，当颤振没有发生时，执行步骤①，继续采集振动位移信号进行监测。