超高速主轴系统非平稳振动的主动抑制机理研究

针对超高速加工过程中主轴系统的振动抑制问题，探索用实时主动动平衡装置既抑制不平衡振动又抑制随机扰动的机理。为此，需要研究热作用下的柔性转子动力学演变规律，不平衡振动与随机扰动信号的分离算法，不平衡振动及其叠加模拟随机扰动的机理，超高速条件下动平衡装置控制响应特性对主轴动态性能的影响，据此反演动平衡装置的设计准则，以及满足高频抑制所需的全息动平衡算法、振动分离算法和控制算法的执行效率优化。本课题研究将改变传统上用被动阻尼抑制主轴随机扰动的局面，从而为全面解决超高速加工的难题- - -主轴振动作初步尝试。

超高速主轴工作过程中微小的扰动都会带来主轴的强烈振动，目前主轴抑振研究基本都针对低速磨床主轴，并且主要针对静态不平衡，而对于超高速加工主轴随机扰动抑制则研究很少。本课题通过研究随机扰动的产生机理，探索用动平衡装置既抑制不平衡振动又随机扰动基本原理：通过研究复杂环境下超高速主轴系统的动力学行为，揭示了高速切削激励下超高速主轴动力学行为的演变规律；研究了主轴振动特性信号与主轴回转误差及主轴圆度误差的关系，分析了传感器安装位置对主轴振动信号的影响，以及复杂干扰下不平衡振动信号的精确提取技术，构建了超高速主轴动态特性信号的检测与分析方法；分析了动平衡装置平衡点附近的振动特性及趋势，提出了按照影响趋势微调动平衡装置的优化抑振方法；根据实际需要，研究了基于伯德图的改进全息动平衡方法，实现用低转速振动信息计算高转速时的动平衡调整方法，避免了高速抑振带来的安全隐患；研发了喷液式高速电主轴在线精密动平衡调整装置及其控制与实现技术，同时根据喷液式的不足，提出了一种全新的压电式在线动平衡调整装置，并进行了探索性研究，为主轴走向超高速拓展了新思路。