基于涡流阻尼的高速直驱进给系统振动主动抑制方法研究

Vibration from the spindle system and feed system is one of the important factors which affect high speed machining accuracy of CNC machine tools. The vibration of spindle is studied deeply and extensively, but the feed system vibration had been snubbed for a long time. However, the increasing precision and speed demand prompt researchers to pay more attention on the feed system. Hence, the vibration suppression method of feed system is studied in this proposal. The electromechanical coupled dynamic model which takes multi disturbance into consideration is proposed to reveal the interaction mechanism of feed system characters and disturbance. The position domain characteristic analysis method based on multi-information fusion technology and non-stationary signal processing method are researched to identify the vibration characters of feed system quickly. The eddy current damping which has non-contact and approximate linear characters is used as the damping compensation mechanism in this proposal. And the force-position mixing feedback technology and predictive control method are introduced to achieving the segmented active control of damping. The synchronization suppression method of vibration of feed system is established aiming to improve the machining precision and reduce the complexity. The proposed method has important scientific significance and engineering practice price in promotion of the development of Chinese high-speed machining technology.

来源于主轴系统和进给系统的振动是影响高档数控机床加工精度的重要原因。主轴振动的研究广泛而深入，进给系统振动却没有得到足够的重视。然而，仅研究主轴系统振动抑制技术已不能满足高速高精度加工的需要。针对这一问题，本课题开展高速直驱进给系统加工过程振动抑制的研究，以高速直驱进给系统机电耦合动力学特性研究为基础，揭示直驱进给系统固有特性和扰动耦合振动机理；通过位置域信号融合分析方法和谐波小波等非平稳时频信号处理方法的研究，实现进给系统振动特征的快速识别；通过涡流阻尼器优化设计方法的研究， 实现非接触、近似线性阻尼器的开发；通过力-位移混合反馈和预测控制技术的研究，实现主动阻尼的分段预测控制。通过以上研究，建立基于涡流阻尼主动控制的进给系统多源振动同步抑制方法，达到提高数控机床加工精度，降低控制系统复杂度的目的。本课题的研究对促进我国高速加工技术的发展具有科学研究意义与工程实践价值。

来源于主轴系统和进给系统的振动是影响高档数控机床加工精度的重要原因。主轴振动的研究 广泛而深入，进给系统振动却没有得到足够的重视。然而，仅研究主轴系统振动抑制技术已不能满足高速高精度加工的需要。针对这一问题，本课题开展高速直驱进给系统振动主动抑制技术的研究。本课题的主要研究内容包括：1）直驱进给系统机电耦合多源扰动动力学建模及耦合振动机理；2）进给系统振动特性的位置域信息融合测试辨识；3）高性能涡流阻尼器阻尼特性分析及优化设计；4）基于振动力-位置混合反馈的分段预测主动阻尼控制算法。通过基金支持，本课题按照计划实施研究工作，完成了既定目标。项目所取得的主要研究结果如下。.课题研究设计了一种混合励磁电涡流阻尼器，探索了涡流阻尼器设计参数与涡流阻尼之间的关系，建立了涡流阻尼器参数优化方法；课题提出了一种位置域信息融合分析方法，揭示了加工运动过程中振动信号特征的物理意义，实现了进给系统振动信号的快速分析；提出了基于位置域的推力波动模型辨识及补偿方法，大大降低了推力波动的影响；课题研究了齿轮展成磨削过程中的齿面误差形成机理，揭示了齿面波动与进给系统振动的关联关系，实现了加工误差的溯源分析；课题研究了高速直驱进给系统启停、稳态运动过程振动主动抑制方法，根据进给系统运行的不同位置、速度以及外部激振力等特性，提出系统振动预测方法，实时预测系统振动状态，结合自适应滑模变技术，提出了一种主动变阻尼控制方法，通过电涡流阻尼器控制系统阻尼参数，实现振动主动抑制。.本课题通过研究，验证了基于电涡流阻尼原理的振动主动抑制方案在高速直驱进给系统中的可行性，提出了进给系统振动分析方法，提供了高速直驱进给系统振动主动抑制的完整解决方案。本课题的研究结果在我国高速加工技术领域具有较高的工程应用价值。