一种智能抑制加工颤振的方法技术

本发明专利技术公开了一种智能抑制加工颤振的方法，用于利用刀具或工件旋转从而进行加工的机床中抑制加工中的颤振，包括通过加工振动检测算法将颤振在孕育阶段时识别出来；如果没有进入孕育阶段，则按既定切削参数继续加工；如果已开始孕育，则切换至变主轴转速控制，以原主轴转速为基准，以设定幅值和频率进行周期性地改变，进给率和切削深度保持不变；当颤振已进入孕育阶段时，用变主轴转速颤振抑制方法后，仍无法实现颤振抑制，则停止加工。本发明专利技术所述的方法可在颤振孕育阶段将颤振识别出来，并加以控制，而且不需要在控制单元执行之前，判断机床是否有能力实现。从而能够在颤振孕育阶段，实现无颤振加工，即更早地检测出颤振，更早的对颤振加以抑制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能加工领域，尤其涉及一种智能抑制加工颤振的方法，用于在一面使刀具或工件旋转一面进行加工的机床中抑制加工中产生的颤振。
技术介绍
加工颤振是一种不稳定现象，它几乎发生在所有切削过程中，表现为刀具与工件之间的剧烈振动。尤其是在航空薄壁件切削中，工件最薄处不到1毫米，工件的动态性能很差，极易引起颤振。颤振的发生会影响生产效率以及加工质量，同时还可引起过度噪音，刀具损坏等，对产品质量、刀具及机床设备等的危害已毋庸质疑。关于加工颤振的研究主要分为三方面。第一方面是加工动力学建模，通过建立时滞微分方程并分析其稳定性lobe图，来进行颤振预报。第二类是颤振在线检测，学者基于不同的信号处理算法，提出了各种各样的颤振特征，然后将颤振特征与设定基准值进行比较，或者基于颤振特征，用模式识别算法来实现颤振的在线检测。第三方面是颤振控制，颤振控制方法千差万别，大致分为主动控制和被动控制，实现无颤振加工。这三方面研究的目的是一致的，就是希望在加工中避免颤振的发生。申请号为201010287871.8的授权专利公开了一种在线颤振检测及控制的装置，包含颤振检测单元和颤振控制单元，其中颤振检测单元负责识别颤振是否发生，颤振控制单元负责在检测出颤振后，利用变转速方法对颤振实施抑制。另外在颤振控制单元执行之前，还必须分析控制参数能否通过机床现有机械性能实现。然而，颤振是一种剧烈的振动，在上述授权专利公开的技术方案中，当颤振已经发生，工件表面已经被损坏，即已经成为不合格品，而且颤振已经对刀具和机床零部件造成了损害。为了能够更大限度的提高合格率，减少颤振对刀具和机床零部件的损害，在颤振孕育阶段将颤振提取识别出来，然后及时加以控制是非常有必要的。另外由于颤振控制单元执行之前，必须判断机床是否能够执行，这样更加延迟了颤振控制单元的开启时间，颤振造成的损害又要加大。因此，本领域的技术人员致力于开发一种智能抑制加工颤振的方法，用于在一面使刀具或工件旋转一面进行加工的机床中抑制加工中产生的颤振。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是在颤振孕育阶段将颤振识别出来，并加以控制，而且不需要在控制单元执行之前，判断机床是否有能力实现。从而能够在颤振孕育阶段，实现无颤振加工，即更早地检测出颤振，更早的对颤振加以抑制。为实现上述目的，如图1所示，本专利技术提供了一种智能抑制加工颤振的方法，用于利用刀具或工件旋转从而进行加工的机床中抑制加工中产生的颤振，包括以下步骤：步骤1、通过加工振动检测算法，当颤振在孕育阶段时，将颤振识别出来；步骤2、如果颤振没有进入孕育阶段，则按既定切削参数继续加工；如果颤振已开始孕育，则切换至变主轴转速控制，以原主轴转速为基准，以设定幅值和频率进行周期性地改变，进给率和切削深度保持不变；步骤3，当颤振已进入孕育阶段时，用变主轴转速颤振抑制方法后，仍无法实现颤振抑制，则停止加工。进一步地，步骤1中，所述颤振孕育阶段是指颤振的特征信号与宿主信号相比幅值差异很大。进一步地，所述检测算法通过信号处理放大所述颤振的特征信号。进一步地，所述检测算法是基于加工过程中的信号实现的。进一步地，所述信号是声音信号、加速度信号、力信号、主轴电机电流和进给轴电机电流中的一种。进一步地，所述检测算法提取所述信号的特征指数，与预定的阈值比较，来判定颤振是否已进入孕育阶段。进一步地，所述检测算法提取所述信号的特征，通过分类方法判定颤振是否已进入孕育阶段。进一步地，步骤2中，所述变主轴转速控制的所述幅值和频率在加工之前事先确定。本专利技术所述的方法可在颤振孕育阶段将颤振识别出来，并加以控制，而且不需要在控制单元执行之前，判断机床是否有能力实现。从而能够在颤振孕育阶段，实现无颤振加工，即更早地检测出颤振，更早的对颤振加以抑制。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的原理流程图；图2是本专利技术的一个较佳实施例的步骤流程图。具体实施方式如图2所示，本专利技术所述的智能抑制加工颤振方法的一个较佳实施例包含如下步骤：(1)加工之前，在数控系统中利用高级编程中的同步动作，编写好变主轴转速数控程序，变主轴转速方式为，以主程序的主轴转速为基准(如300转)，以正弦的形式周期性变化，初始相位任意，频率为3Hz，幅值50转。(2)将变主轴转速程序作为一个等待激活的同步动作镶嵌在整个加工数控程序中。(3)采集加工中的声音信号，采样频率设为100kHz，将信号输入采集设备中。(4)在计算机中实现提取颤振特征指数，这里以加权小波包熵为例，滑动窗口为1000个点，无重叠，即每10ms就计算一次加权小波包熵与预先设定的颤振已进入孕育阶段的阈值比较，如果加权小波熵小于阈值，则颤振已进入孕育阶段，否则，颤振未已进入孕育阶段。在加工过程中存在材料不均匀性，切削力波动，切屑干扰，时变加工动力学特征，这些都会对颤振特征指数有影响，使其具有波动的特性。因此为了降低误报率，采用三点滑动平均的方法，并且记第一次越过阈值的时刻为颤振进入孕育阶段的时刻。(5)当颤振已进入孕育阶段时，通过计算机给PLC发送指令，实现所需的24V开关电压。利用PLC开启同步动作，从而主轴转速按照步骤(1)中预先设定的频率和幅值周期性变化，进行颤振抑制。与此同时，进给率和切削深度保持不变。(6)当颤振已进入孕育阶段时，用变主轴转速颤振抑制方法后，仍无法实现颤振抑制，则停止加工。以上详细描述了本专利技术的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本专利技术的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本
中技术人员依本专利技术的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能抑制加工颤振的方法，用于利用刀具或工件旋转从而进行加工的机床中抑制加工中产生的颤振，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过加工振动检测算法，当颤振在孕育阶段时，将颤振识别出来；步骤2、如果颤振没有进入孕育阶段，则按既定切削参数继续加工；如果颤振已开始孕育，则切换至变主轴转速控制，以原主轴转速为基准，以设定幅值和频率进行周期性地改变，进给率和切削深度保持不变；步骤3，当颤振已进入孕育阶段时，用变主轴转速颤振抑制方法后，仍无法实现颤振抑制，则停止加工。

【技术特征摘要】
1.一种智能抑制加工颤振的方法，用于利用刀具或工件旋转从而进行加工的机床
中抑制加工中产生的颤振，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、通过加工振动检测算法，当颤振在孕育阶段时，将颤振识别出来；
步骤2、如果颤振没有进入孕育阶段，则按既定切削参数继续加工；如果颤振已
开始孕育，则切换至变主轴转速控制，以原主轴转速为基准，以设定幅值和频率进行
周期性地改变，进给率和切削深度保持不变；
步骤3，当颤振已进入孕育阶段时，用变主轴转速颤振抑制方法后，仍无法实现
颤振抑制，则停止加工。
2.如权利要求1所述的智能抑制加工颤振的方法，其特征在于，步骤1中，所述
颤振孕育阶段是指颤振的特征信号与宿主信号相比幅值差异很大。
3.如权利要求1所述的智能抑制加工颤振的方法，其特征在于，步骤1中，所述
检测算法通过信号处理放...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊振华，孙宇昕，钱士才，吴建华，朱向阳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31