本發(fā)明涉及工件加工設(shè)備，尤其涉及適用于高速銑削加工的電主軸主動振動控制裝置及系統(tǒng)

背景技術(shù)：

目前高速切削中，高速切削加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性對加工精度、工件表面質(zhì)量及安全至關(guān)重要，高速切削中的不正常的振動及自激的顫振會大幅度減少刀具及機(jī)床的使用壽命，惡化加工工況，降低工件表面質(zhì)量，顫振引起的刀刃的崩裂如同出膛的子彈，嚴(yán)重影響高速切削加工的安全性。主動減振結(jié)構(gòu)能夠提高高速切削的穩(wěn)定性，有利于提高加工精度及安全性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供適用于高速銑削加工的電主軸主動振動控制裝置及系統(tǒng)，解決了振幅值過大及出現(xiàn)顫振的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，適用于高速銑削加工的電主軸主動振動控制裝置，該銑削裝置包括：工作臺、設(shè)置在工作臺上的夾具、與所述夾具位置相對應(yīng)的銑刀、以及與所述銑刀連接的主軸所述主軸與計算機(jī)連接。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述主軸包括：步進(jìn)電機(jī)、與所述步進(jìn)電機(jī)連接的機(jī)床銑刀車廂、以及設(shè)置在所述機(jī)床銑刀車廂內(nèi)的圓錐滾子軸承。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述機(jī)床銑刀車廂內(nèi)還設(shè)有卡簧擋圈、密封過濾圈、密封擋圈、液壓作動器、高壓油管、數(shù)字閥、位移控制器、無限發(fā)射與接收器、位移傳感器、以及加速度傳感器，所述液壓作動器與液壓泵連接。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述夾具上設(shè)有AE傳感器。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述夾具上設(shè)有振動傳感器。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述振動傳感器至少為三個。

適用于高速銑削加工的電主軸主動振動控制裝置的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括接收振動信號的恒流適調(diào)器、與所述恒流適調(diào)器輸出端連接的數(shù)據(jù)采集卡、以及與所述數(shù)據(jù)采集卡連接的計算機(jī)；所述銑削裝置的控制系統(tǒng)設(shè)有接收AE信號的前置放大器以及與所述前置放大器輸出端連接的前放供電分離信號器，所述前放供電分離信號器輸出端與所述數(shù)據(jù)采集卡連接。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述數(shù)據(jù)采集卡型號為PCI-1714。

本發(fā)明的有益效果是：通過檢測器檢測到銑削機(jī)的振動度大小，通過計算機(jī)控制銑削裝置的振動，達(dá)到主動減振的目的，主動減振結(jié)構(gòu)能提高高速切削的穩(wěn)定性，有利于提高加工精度及安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的適用于高速銑削加工的電主軸主動振動控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2-圖4是本發(fā)明提供的適用于高速銑削加工的電主軸主動振動控制裝置的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明提供的適用于高速銑削加工的電主軸主動振動控制裝置的主軸剖面圖。

附圖標(biāo)記：11、主軸 222、銑刀 33、AE傳感器 44、振動傳感器 55、夾具 66、工作臺、1、步進(jìn)電機(jī)、2、卡簧擋圈，3、密封過濾圈，4、5、圓錐滾子軸承，6、機(jī)床銑刀車廂，7、8、圓錐滾子軸承，9、卡簧擋圈，11、密封擋圈，12-21、液壓作動器，22、高壓油管，23、數(shù)字閥，24、位移控制器，25、無線發(fā)射與接收器，26、無線發(fā)射器，27、28、30、31、位移傳感器，29、加速度傳感器，32、液壓泵。

具體實施方式

圖1示出了適用于高速銑削加工的電主軸主動振動控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括工作臺6，所述工作臺6上設(shè)有夾具5，所述夾具5上設(shè)有AE傳感器3以及振動傳感器4，該裝置還包括安裝在主軸1上的銑刀2，所述主軸1為控制裝置并與計算機(jī)連接，工作時夾具5上的傳感器將振動信號以及AE信號傳輸給計算機(jī)，通過計算機(jī)控制所述主軸1，從而達(dá)到主動減振的目的。

圖2-圖4示出了適用于高速銑削加工的電主軸主動振動控制裝置的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括接收振動信號的恒流適調(diào)器、與所述恒流適調(diào)器輸出端連接的數(shù)據(jù)采集卡、以及與所述數(shù)據(jù)采集卡連接的計算機(jī)；所述銑削裝置的控制系統(tǒng)設(shè)有接收AE信號的前置放大器以及與所述前置放大器輸出端連接的前放供電分離信號器，所述前放供電分離信號器輸出端與所述數(shù)據(jù)采集卡連接，所述數(shù)據(jù)采集卡型號為PCI-1714；控制系統(tǒng)接收AE傳感器以及振動傳感器發(fā)出的信號，并傳輸給所述計算機(jī)，經(jīng)過分析后計算機(jī)控制銑削裝置上的主軸達(dá)到主動減振的目的，提高精確性，又確保了安全。

圖5示出了適用于高速銑削加工的電主軸主動振動控制裝置的主軸剖面圖，所述主軸包括：1步進(jìn)電機(jī)、與所述步進(jìn)電機(jī)1連接的機(jī)床銑刀車廂6、以及設(shè)置在所述機(jī)床銑刀車廂6內(nèi)的圓錐滾子軸承4、5、7、8；所述機(jī)床銑刀車廂內(nèi)還設(shè)有卡簧擋圈2、9密封過濾圈3、密封擋圈11、液壓作動器12-21、高壓油管22、數(shù)字閥23、位移控制器24，無限發(fā)射與接收器25、26，位移傳感器27、28、30、31，以及加速度傳感器29，所述液壓作動器12-21與液壓泵32連接。

傳感器檢測系統(tǒng)：獲得夾具，主軸刀具的加速度，位移，噪音參數(shù)。

無線接收與發(fā)射系統(tǒng)：編碼，儲存，發(fā)射，接收，解碼信號

計算機(jī)軟件處理系統(tǒng)：1分析傳感器檢測的位移，加速度參數(shù)，獲得機(jī)床加工過程中動態(tài)特性參數(shù)，主軸的振型；2依據(jù)計算系統(tǒng)獲得主軸振型，切削力與振動的關(guān)聯(lián)函數(shù)，獲得在主軸不同部位施加力及位置，并分配液壓作動器的位置及力，獲得最低振動，及主軸轉(zhuǎn)速，切削參數(shù)。

液壓及位移控制系統(tǒng)：依據(jù)計算機(jī)處理系統(tǒng)，通過無線接收器并解碼，獲得液壓系統(tǒng)壓力，液壓作動器的位置，數(shù)值閥控制參數(shù)，液壓作動器位置是通過電磁吸排力控制。

電機(jī)控制系統(tǒng)：依據(jù)計算機(jī)處理系統(tǒng)，通過無線接收器并解碼，獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，功率信息。

計算機(jī)系統(tǒng)通過計算原理獲得振型節(jié)點，發(fā)出信號，液壓信號的接收器接收并使得液壓執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)(液壓作動器)施加力，減少主軸的振動。

在高速銑削過程中，在電機(jī)驅(qū)動，軸承的潤滑介質(zhì)的阻尼作用下，及高頻銑削力相互作用下，將電主軸的阻尼系統(tǒng)設(shè)為粘性比例阻尼系統(tǒng)，其運動微分方程為

其中C為粘性阻尼矩陣，為速度列陣，為速度列陣，x為位移列陣，均為時間t的函數(shù)，M為質(zhì)量矩陣，K為剛度矩陣，其中

系統(tǒng)受到的等效激勵為f(t)＝Fe^jωt,(2)

ω為系統(tǒng)振動固有頻率

位移響應(yīng)為：x＝Xe^jωt， (3)

可得(K-ω²M+jωC)X＝Fe^jωt,

可寫成，X＝H(ω)F中，

其頻響函數(shù)為H(ω)＝(K-ω²M+jωC)^-1

依據(jù)電機(jī)上傳感器測得的加速度及位移響應(yīng)數(shù)據(jù)，通過LMS-Virturelab數(shù)據(jù)處理，可獲得電主軸的頻響函數(shù)為H(ω)

可以獲得K，ω，C，

設(shè)物理坐標(biāo)中矢量x在模態(tài)中的坐標(biāo)為

y_i(i＝1，2，…，n)

則

為變換矩陣的線性變換。

將4代如1，左乘結(jié)合模態(tài)矢量正交性得到解耦方程組

穩(wěn)態(tài)位移響應(yīng)為y＝Ue^jωt(6)

由(2)，(5)，(6)式可得

將3，6帶入4中，利用7式可得

得到頻響函數(shù)的模態(tài)展開式

令X＝0，可得然后獲得x中等于0的點，取其中間隔較為相近的10點，設(shè)為x＝(x_k1，x_k2，…，x_k10)即振型節(jié)點，

計算機(jī)系統(tǒng)通過以上計算原理獲得振型節(jié)點，發(fā)出信號，液壓信號的接收器接收并使得液壓執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)(液壓作動器)在x_k，x_m，x_n施加力，減少主軸的振動。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。