一种刀具切削颤振控制方法、装置以及设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种刀具切削颤振控制方法，包括：预先根据设定的切削参数，确定压电片随切削过程变化而变化的输入电压；其中，压电片贴合设于刀具侧面，且压电片接通输入电压后产生的抑制刀具颤振的推力；在刀具切削工件时，按照输入电压控制压电片对刀具产生抑制颤振的压力，以抑制刀具的颤振。本申请中在刀具侧面贴附压电片，对压电片通电即可对刀具产生一个压力作用，当该压力和导致刀具颤振的作用力的大小相等，方向相反，即可在一定程度上实现颤振抑制作用。本申请中对刀具颤振控制的方法，操作简单，控制精准，无需借助复杂的机械结构，实现成本低。本申请还提供了一种刀具切削颤振控制装置及设备，具有上述有益效果。

A tool cutting chatter control method, device and equipment

【技术实现步骤摘要】
一种刀具切削颤振控制方法、装置以及设备
本专利技术涉及切削加工控制
，特别是涉及一种刀具切削颤振控制方法、装置以及设备。
技术介绍
微结构表面是指具有亚微米级面形精度、纳米级表面粗糙度的微小几何形状的表面，由于其具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且能够实现普通元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波前转换等新功能，使其在生物、光学、力学等领域都具有重要的应用价值。目前用于微结构表面的加工方法较多，其中金刚石超精密切削加工由于具有能够加工光滑连续的非回转对称三维结构、加工材料多样、加工效率高、无需后续抛光等显著优势，已经成为微结构表面制造的一项热点研究技术。其中金刚石加工包括：飞切加工、慢速滑板伺服加工和快速伺服刀具加工(FastToolServo，FTS)。快速刀具伺服加工技术是在普通T型车床上附加一个FTS模块，这个模块在加工过程中驱动刀具沿Z方向产生高频响、短行程的快速精密进刀运动，配合机床其它轴的运动，来完成复杂面形零件的精密高效加工。由于在微结构表面加工中，切削速度和背吃刀量是一个时变量，因此会引起动态切削力的变化，使切削过程不稳定，并导致颤振的产生，导致加工的面型精度和表面粗糙度达不到预定要求，严重时更会导致刀具损坏，因此实现颤振的控制对于微结构表面加工具有重要的意义。目前关于颤振控制的方法也较多，如改变切削参数(如主轴转速、切削深度等)，使加工处于稳定切削的范围内来避免颤振的发生。如J.Saffury使用动态吸振器(Dynamicvibrationabsorber，DVA)对系统进行减振；Y.Yang设计的一个具有相同质量的调谐质量阻尼器(Tunedmassdamper，TMD)，并且使用minimax数值优化算法优化阻尼和刚度值以改善颤振阻力。Sinawi在隔离了影响刀具的其他切削扰动的基础上，研究了利用卡曼滤波器来抑制刀具振动的方法，并通过实验证明了这种控制策略能较大幅度地改善机床车削工件的表面粗糙度。Yao等提出了利用磁流变液阻尼器产生参数激励来抑制颤振的办法并用实验验证了其有效性。H.Zhang在颤振发生时，通过改变主轴转速的变速切削方法实现了对颤振的抑制。总而言之，目前大多数抑制颤振的方式，是通过改变切削参数或者是改变刀具的刚性来实现的，这种方式能够在一定程度上有效减少工件加工的颤振，但是对于自由表面、非回转对称等需要切削参数构建刀具空间路径规划的情况，采用上述方式抑制颤振则会增大切削难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种刀具切削颤振控制方法、装置以及设备，有效抑制微结构加工中刀具的颤振，提高微结构加工面型精度和表面粗糙度。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种刀具切削颤振控制方法，包括：预先根据设定的切削参数，确定压电片随切削过程变化而变化的输入电压；其中，所述压电片贴合设于刀具侧面；且所述压电片接通所述输入电压后，所述压电片可产生的抑制所述刀具颤振的推力；在所述刀具切削工件时，按照所述输入电压控制所述压电片对所述刀具产生抑制颤振的压力，以抑制所述刀具的颤振。其中，所述预先根据设定的切削参数，确定压电片随切削过程变化而变化的输入电压，包括：根据所述切削参数，获得多组所述刀具随切削过程变化的采样颤振位移；根据所述采样颤振位移所需的抑制作用力，以及所述压电片的输入电压和产生的推力之间的对应关系，确定各组所述采样颤振位移对应的随切削过程变化的采样输入电压；将切削过程变化的各组所述采样颤振位移和对应的所述采样输入电压进行BP神经网络训练，获得所述压电片随切削过程变化而变化的所述输入电压。其中，所述根据所述切削参数，获得多组所述刀具随切削过程变化的采样颤振位移包括：根据所述刀具切削过程中发生颤振的动力学方程，和所述切削参数，确定所述刀具切削颤振方程；通过数字仿真技术，对所述刀具切削颤振方程多组颤振位移求解结果进行仿真，获得多组所述采样颤振位移。其中，根据所述采样颤振位移所需的抑制作用力，以及所述压电片的输入电压和产生的推力之间的对应关系，确定各组所述采样颤振位移对应的随切削过程变化的采样输入电压，包括：根据所述刀具颤振的动力学原理，获得颤振位移和所述切削刀具所受的切削力之间的动力学方程，其中，基于作用力和反作用力原理，所述切削力大小等于所述刀具对加工工件的作用力大小；根据所述对应关系和所述动力学方程，获得所述推力大小等于所述切削力大小时，所述刀具的颤振位移和所述电压片的输入电压之间的传递函数；根据所述采样颤振位移和所述传递函数，获得所述采样输入电压。其中，在获得所述压电片随切削过程变化而变化的所述输入电压之后，还包括；对所述输入电压进行精度校正，若所述输入电压的精度达到预设要求，则所述输入电压符合要求。本申请还提供了一种刀具切削颤振控制装置，包括：输入电压模块，用于预先根据设定的切削参数，确定压电片随切削过程变化而变化的输入电压；其中，所述压电片贴合设于刀具侧面，且所述压电片接通所述输入电压后产生的抑制所述刀具颤振的推力；控制切削模块，用于在所述刀具切削工件时，按照所述输入电压控制所述压电片对所述刀具产生抑制颤振的压力，以抑制所述刀具的颤振。其中，所述输入电压模块具体包括：位移采样单元，用于根据所述切削参数，获得多组所述刀具随切削过程变化的采样颤振位移；电压采样单元，用于根据所述采样颤振位移所需的抑制作用力，以及所述压电片的输入电压和产生的推力之间的对应关系，确定各组所述采样颤振位移对应的随切削过程变化的采样输入电压；神经训练单元，用于将切削过程变化的各组所述采样颤振位移和对应的所述采样输入电压进行BP神经网络训练，获得所述压电片随切削过程变化而变化的所述输入电压。其中，所述位移采样单元，具体用于根据所述刀具切削过程中发生颤振的动力学方程，和所述切削参数，确定所述刀具切削颤振方程；通过数字仿真技术，对所述刀具切削颤振方程多组颤振位移求解结果进行仿真，获得多组所述采样颤振位移。其中，所述电压采样单元具体用于根据所述刀具颤振的动力学原理，获得颤振位移和所述切削刀具所受的切削力之间的动力学方程，其中，基于作用力和反作用力原理，所述切削力大小等于所述刀具对加工工件的作用力大小；根据所述对应关系和所述动力学方程，获得所述推力大小等于所述切削力大小时，所述刀具的颤振位移和所述电压片的输入电压之间的传递函数；根据所述采样颤振位移和所述传递函数，获得所述采样输入电压。本专利技术中还提供了一种刀具切削颤振控制设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如上任意一项所述的刀具切削颤振控制方法的步骤。本专利技术所提供的刀具切削颤振控制方法，包括：预先根据设定的切削参数，确定压电片随切削过程变化而变化的输入电压；其中，压电片贴合设于刀具侧面；且压电片接通所述输入电压后，压电片可产生的抑制刀具颤振的推力；在刀具切削工件时，按照输入电压控制压电片对刀具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刀具切削颤振控制方法，其特征在于，包括：/n预先根据设定的切削参数，确定压电片随切削过程变化而变化的输入电压；其中，所述压电片贴合设于刀具侧面；且所述压电片接通所述输入电压后，所述压电片可产生的抑制所述刀具颤振的推力；/n在所述刀具切削工件时，按照所述输入电压控制所述压电片对所述刀具产生抑制颤振的压力，以抑制所述刀具的颤振。/n

【技术特征摘要】
1.一种刀具切削颤振控制方法，其特征在于，包括：
预先根据设定的切削参数，确定压电片随切削过程变化而变化的输入电压；其中，所述压电片贴合设于刀具侧面；且所述压电片接通所述输入电压后，所述压电片可产生的抑制所述刀具颤振的推力；
在所述刀具切削工件时，按照所述输入电压控制所述压电片对所述刀具产生抑制颤振的压力，以抑制所述刀具的颤振。


2.如权利要求1所述的刀具切削颤振控制方法，其特征在于，所述预先根据设定的切削参数，确定压电片随切削过程变化而变化的输入电压，包括：
根据所述切削参数，获得多组所述刀具随切削过程变化的采样颤振位移；
根据所述采样颤振位移所需的抑制作用力，以及所述压电片的输入电压和产生的推力之间的对应关系，确定各组所述采样颤振位移对应的随切削过程变化的采样输入电压；
将切削过程变化的各组所述采样颤振位移和对应的所述采样输入电压进行BP神经网络训练，获得所述压电片随切削过程变化而变化的所述输入电压。


3.如权利要求2所述的刀具切削颤振控制方法，其特征在于，所述根据所述切削参数，获得多组所述刀具随切削过程变化的采样颤振位移包括：
根据所述刀具切削过程中发生颤振的动力学方程，和所述切削参数，确定所述刀具切削颤振方程；
通过数字仿真技术，对所述刀具切削颤振方程多组颤振位移求解结果进行仿真，获得多组所述采样颤振位移。


4.如权利要求3所述的刀具切削颤振控制方法，其特征在于，根据所述采样颤振位移所需的抑制作用力，以及所述压电片的输入电压和产生的推力之间的对应关系，确定各组所述采样颤振位移对应的随切削过程变化的采样输入电压，包括：
根据所述刀具颤振的动力学原理，获得颤振位移和所述切削刀具所受的切削力之间的动力学方程，其中，基于作用力和反作用力原理，所述切削力大小等于所述刀具对加工工件的作用力大小；
根据所述对应关系和所述动力学方程，获得所述推力大小等于所述切削力大小时，所述刀具的颤振位移和所述电压片的输入电压之间的传递函数；
根据所述采样颤振位移和所述传递函数，获得所述采样输入电压。


5.如权利要求2所述的刀具切削颤振控制方法，其特征在于，在获得所述压电片随切削过程变化而变化的所述输入电压之后，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张略，汪洋，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32