• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2021, Vol. 57 ›› Issue (13): 55-62.doi: 10.3901/JME.2021.13.055

• 特邀专栏:高性能电主轴技术 • 上一篇    下一篇

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智能主轴高速铣削颤振的模糊控制方法研究

曹宏瑞1,2, 李登辉1,2, 刘金鑫1,2, 张兴武1,2, 陈雪峰1,2   

  1. 1. 西安交通大学机械工程学院 西安 710049;
    2. 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 西安 710049
  • 收稿日期:2020-05-10 修回日期:2021-02-18 出版日期:2021-07-05 发布日期:2021-08-31
  • 通讯作者: 曹宏瑞(通信作者),男,1982年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为转子-轴承系统动力学建模,智能主轴颤振监测及主动控制以及航空发动机转子振动异常监测与故障预警等。E-mail:chr@mail.xjtu.edu.cn
  • 作者简介:李登辉,男,1992年出生,博士研究生。主要研究方向为高速铣削颤振的主动控制。E-mail:lidenghui@stu.xjtu.edu.cn;刘金鑫,男,1988年出生,博士,副教授,博士研究生导师。主要研究方向为航空发动机建模与智能容错控制,机械装备减振与振动控制。E-mail:jinxin.liu@xjtu.edu.cn;张兴武,男,1984年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为小波有限元动力学分析,振动优化控制与智能制造。E-mail:xwzhang@mail.xjtu.edu.cn;陈雪峰,男,1975年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为有限元动态分析与数字化制造,机械故障诊断、安全监测与寿命预测,大数据与智能制造。E-mail:chenxf@mail.xjtu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(51922084,11772244)

Research on Fuzzy Control for High Speed Milling Chatter of Intelligent Spindle

CAO Hongrui1,2, LI Denghui1,2, LIU Jinxin1,2, ZHANG Xingwu1,2, CHEN Xuefeng1,2   

  1. 1. School of Mechanical Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049;
    2. State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049
  • Received:2020-05-10 Revised:2021-02-18 Online:2021-07-05 Published:2021-08-31

摘要: 在航空叶片、整体叶盘等零件高速高效加工过程中,切削过程阻尼作用的减弱,致使颤振相比低速切削时更容易发生,严重影响了加工精度和效率的提高。而颤振监控作为智能主轴的主要功能之一,是解决高速高效加工过程中颤振难题的一种有效途径。首先,在主轴结构上集成压电作动器及位移传感器等,搭建颤振主动控制系统,并在此基础上,建立主动控制系统模型。然后,分析主轴系统动态特性,据此设计模糊控制规则,开发模糊控制器。接着,通过力锤激励试验及扫频试验辨识主轴动态系统模型,进行铣削加工及颤振控制仿真分析。最后,开展铣削颤振主动控制试验。试验结果表明,提出的颤振模糊控制方法能够有效控制铣削颤振,提升铣削加工的稳定性。

关键词: 高速铣削, 颤振, 模糊控制, 主动控制, 压电作动器

Abstract: In the process of high speed and high efficiency machining of parts such as aeronautical blades, chatter is more likely to occur than low speed cutting process due to the weakening of the damping effect in the cutting process. As one of the main functions of intelligent spindle, chatter monitoring and control is an effective way to solve the chatter problem in high speed and high efficiency machining process. First of all, an active control structure is designed by integrating piezoelectric actuators and displacement sensors into the spindle system. According to the structure, the active control system model is developed. Then, the dynamic characteristics of the active spindle structure are analyzed. Based on that, the control rules and the fuzzy controller are developed. Next, the system equation is obtained through hammer tests and sweep-frequency tests. A numerical example is also performed to analyze the chatter control effects. Finally, chatter control milling experiments are performed. The results show that the proposed active control method can effectively control milling chatter and improve the stability of the milling process.

Key words: high speed milling, chatter, fuzzy control, active control, piezoelectric actuator

中图分类号: