用于抑制机床中的颤振现象的方法技术

一种用于在加工工件(5)期间抑制机床中的颤振现象的方法，所述机床包括加工托架(1)，其支撑相对于托架(1)沿(X)方向可移动的柱塞(2)；由所述柱塞(2)支撑的镗杆(3)，该镗杆相对于所述柱塞(2)沿着所述方向(X)可移动；由镗杆(3)支撑的主轴围绕旋转轴(A)旋转的机床(4)，其中，当机床(4)对所述工件(5)执行加工任务时，柱塞(2)和镗杆(3)沿所述方向(X)以相反的方式移动，使得所述柱塞(2)在所述方向(X)上的位移

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于抑制机床中的颤振现象的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于抑制机床中的颤振现象的方法，特别是但不仅限于配备镗杆的机床中的颤振现象。

技术介绍

[0002]术语“颤振”是指在加工工件期间发生有害振动，对加工质量产生不利影响，特别是在精密加工任务中，对机床生产率产生不利影响，并可能损坏机床的机械部件。
[0003]“颤振”现象取决于机床的动态性能和加工参数。
[0004]已知不同的技术可减少或消除机床中的“颤振”现象：
‑
离线策略
‑
过程中策略
‑
被动技术
‑
主动技术
[0005]离线策略旨在优化机床的加工参数，例如切削速度、前进速度、使用的机床类型、切削深度，以便以最大性能使用机床。这些离线策略中使用的数学方法要求对所谓的波瓣图(lobe diagrams)进行估计，波瓣图是机床的稳定性图，取决于切削速度函数和切削深度以及其他恒定参数的某些设定值。上述离线策略要求详细了解机床的动态性能以及影响上述设定值估计可靠性的所有参数的控制。
[0006]当通过合适的传感器识别“颤振”现象时，过程中策略旨在修改对机床稳定性至关重要的加工参数和/或动力学。这些是更先进、更有效的技术，因为它们不需要事先了解要执行的特定任务。
[0007]由于采用了先进的设计技术和创新材料，被动技术旨在在设计阶段优化机床的动态性能。目标包括最大化主轴的动态刚度、增加阻尼和最小化质量。
[0008]主动技术是被动技术的自然演变，但动态参数由合适控制规律驱动的执行器进行优化。应用程序已经在市场上销售用于机床上的应用程序。
[0009]就所谓的“过程中”策略而言，“主轴转速变化”(即主轴转速的变化)和“刚度变化”(即系统刚度的变化)非常有前景。这两种技术都可以根据两个原则进行操作：
‑
离散变化，由于切削速度或系统刚度的改变，使加工返回稳定模式；
‑
周期性连续变化，根据切割速度或机器动态的周期规律变化。以这种方式，在加工过程中，存在稳定和不稳定的时期。当稳定期足够长以耗散不稳定期积累的能量，且不稳定期足够短以限制振荡幅度时，加工保持稳定。因此，这种变化使机器生产率得以提高。
[0010]对于镗杆，已经进行了研究，以在加工变得不稳定时，通过磁流变液或电流变液离散地改变其刚度。
[0011]还进行了其他研究，通过磁流变液周期性地改变镗杆的刚度。
[0012]研究了用压电致动器改变机床主轴的径向刚度的可能性。

技术实现思路

[0013]本专利技术的一个目的是提供一种通过去除切屑周期性、简单有效地改变用于加工工件的系统刚度的方法，以抑制工件加工期间的“颤振”现象。
[0014]本专利技术的另一个目的是获得系统刚度的变化，而不必使用磁流变液或电流变液，或使用压电致动器。
[0015]本专利技术的目的是通过根据权利要求1所述的通过去除切屑来改变用于加工工件的系统的刚度的方法来实现的。
[0016]由于本专利技术，通过去除切屑，使加工稳定而不必干预加工参数，例如切削速度和切削深度，可以简单有效地抑制机床中工件加工期间的“颤振”现象，获得高加工质量以及提高机床生产率。
附图说明
[0017]本专利技术的其他优点和特征可参考附图，仅通过非限制性示例从以下描述中收集，其中：
[0018]图1至图3示意性地示出了本专利技术的第一实施例；
[0019]图4至图9示意性地示出了本专利技术的第二实施例；以及
[0020]图10至图12示出了本专利技术的第三实施例。
具体实施方式
[0021]根据本专利技术，通过在工件加工期间，根据预设变化规律，在预设时间间隔(即在一段时间内)的最大值和最小值之间周期性地改变机床的刚度来获得颤振抑制。如下文所述，通过沿机床的两个轴内插位移，以在加工工件期间保持机床位置不变，或通过改变至轴瓦(shoe)轴承的流体供给压力，改变机床静压轴瓦轴承的刚度，从而改变刚度，或通过改变静压轴瓦轴承的电源电路的毛细管阻力。
[0022]上述变化规律的主要参数是函数的形式，它揭示了刚度在每个周期内是如何变化的；频率，即以时间为单位的刚度变化周期数和刚度变化幅度，即周期内最大刚度值和最小刚度值之间的差值。
[0023]从纯理论的角度来看，确保最有效抑制“颤振”现象的函数形式是方波，即每个周期前半部分保持的最大值和后半部分保持的最小值之间的刚度阶跃变化。
[0024]然而，在实践中不可能获得上述波形，但是可以获得或多或少圆的波形，例如近似正弦波的波形。
[0025]刚度的变化频率与机床切削刃与待加工工件表面接触的频率有关。如果机床有n个切削刃，并且以等于m rpm的转速旋转，则切削刃与工件的接触频率f将等于f＝m/60*nHz。
[0026]优选地，刚度的变化频率必须小于机床切削刃与待加工工件表面接触的频率，并且作为最大值受到所用系统动力学的限制。
[0027]刚度的变化幅度基本上与频率成反比，即变化频率越大，由于所用系统的动态限制，可能实现的最大变化量越小。
[0028]在图1中，示意性地说明了机床，其中通过沿两个机床轴内插运动来抑制“颤振”现
象。
[0029]机床包括沿机床的立柱M可移动的加工托架1。托架1支撑滑块2，也称为柱塞，该滑块沿垂直于所述立柱M的方向X相对于托架1可移动。柱塞2支撑镗杆3，该镗杆沿所述方向X相对于柱塞2可移动。主轴安装在镗杆上，机床4固定在镗杆上，通过去除工件5上的切屑进行加工，所述机床4绕平行于所述方向X的旋转轴A可旋转。
[0030]为了抑制颤振现象，在加工工件5的过程中，柱塞2和镗杆3沿X方向以相反的方式移动，以便柱塞2和镗杆3的移动呈镜像，即，它们是同时相同但方向相反的移动。如果用
△
x1表示柱塞2的第一个位移，用
△
x2表示镗杆3的第二个位移，则关系为
△
x1+
△
x2＝0，即
△
x1＝
‑△
x2适用。
[0031]柱塞2和镗杆3的移动决定了系统刚度在图1所示最小刚度配置和图2所示最大刚度配置之间的变化。
[0032]由于轴的惯性、有限的加加速度值(即加速度、驱动器的加速度和速度的导数)以及机器部件会受到严重应力而导致振动，因此不可能获得步进运动规律，因此选择了近似正弦的运动规律，该规律是通过加加速度的方波变化获得的，如图3所示。
[0033]在图3中，字母W标记的曲线是柱塞2的运动规律，而字母Z标记的曲线是镗杆3的运动规律。在第一个近似值中，如果考虑沿其中一条曲线的点的邻域，则机器的刚度几乎与柱塞2和镗杆3沿X方向的位置成线性变化。
[0034]第一位移
△
x1和第二位移
△
x2的振幅的典型值在0.2s和1s之间变化的时间内，即在1Hz和5Hz之间的频率下，包含在约2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在加工工件(5)期间抑制机床中颤振现象的方法，所述机床包括:加工托架(1)，其支撑相对于托架(1)在方向(X)上可移动的柱塞(2)；镗杆(3)，其由所述柱塞(2)支撑并相对于所述柱塞(2)沿所述方向(X)可移动；一种通过由镗杆(3)支撑的主轴绕旋转轴(A)旋转的机床(4)，其特征在于，当机床(4)在所述工件(5)上执行加工任务时，柱塞(2)和镗杆(3)沿着所述方向(X)以相反的方式移动，使得所述柱塞(2)在所述方向(X)上的位移
△
x1等于并且相反于所述镗杆(3)在所述方向(X)上的位移
△
x2，即
△
x1+
△
x2＝0。2.根据权利要求1所述的方法，其中柱塞(2)的位移
△
x1和镗杆(3)的位移
△
x2以近似正弦的运动规律出现。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中柱塞(2)的位移
△
x1和镗杆(3)的位移
△
x2的振幅介于25mm和150mm之间。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述柱塞(2)在所述方向(X)上的位移速度即时等于且与所述镗杆(3)在所述方向(X)上的位移速度相反。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一位移
△
x1和所述第二位移
△
x2以1Hz和5Hz之间的频率发生。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法用于加工任务，其中机床(4)的切削刃的齿在所述工件(5)上的切削频率包括在20Hz和40Hz之间。7.一种用于在加工工件(5)期间抑制机床中的颤振现象的方法，所述机床包括支撑柱塞(2)的加工托架(1)，所述柱塞(2)相对于所述托架(1)在方向(X)上可移动，以及由所述柱塞(2)支撑的主轴(6)围绕旋转轴(A)旋转的机床(4)，所述柱塞(2)由所述加工托架通过静压轴瓦轴承(7、8)支撑，所述静压轴瓦轴承由供给泵(12)供给加压液体，其中在所述工件(5)的加工过程中，所述静压轴瓦轴承的刚度通过改变所述加压液体的供给压力而变化，其特征在于，所述刚度根据预设的周期变化规律而变化。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述加压液体的供给压力通过最大压力阀(20)调整泵(12)的输送压力Pa而变化，所述最大压力阀(20)可按比例或按步骤控制。9.根据权利要求7所述的方法，其中所述供给压力通过减压阀(21)成比例地或逐级地变化，所述减压阀(21)插在所述供给泵(12)和供给回路的毛细管阻力件(18)之间，所述电源电路将所述流体供给到所述静压轴瓦轴承(7、8)。10.根据权利要求7所述的方法，其中在所述供给泵(12)和所述静压轴瓦轴承(7、8)之间插入三通阀(22)，其入口(23)连接至泵(12)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：帕马股份有限公司，
类型：发明
国别省市：