CN105436981B - 基于振动监测的颤振控制方法及数控加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于振动监测的颤振控制方法及数控加工装置，包括根据数值模拟方法分析待减振装置在工作状态下颤振频率段下的共振模态；根据共振模态确定待减振装置的共振阵型，并在共振阵型的反节点设置有检测共振压电片阵列和用于抑制振动的主动振动抑制阻尼压电片阵列；检测共振压电片阵列监控待减振装置是否发生振动并生成振动监测数据；当判断颤振发生时，则向主动振动抑制阻尼压电片阵列发出驱动电压，使主动振动抑制阻尼压电片阵列产生压电力抑制颤振。本发明通过在颤振发生时阵型的反节点布置检测共振压电片阵列来监控颤振的发生，同时设置振动抑制的阻尼压电片阵列产生的力作为有源主动阻尼从而高效地抑制颤振的发生。

Description

基于振动监测的颤振控制方法及数控加工装置
技术领域
本发明涉及数控加工，具体地，涉及一种基于振动监测的颤振控制方法及数控加工装置。
背景技术
作为高精度机械部件加工装置的数控加工中心，其主要部件的振动，尤其是颤振，除了带来噪声外，还必然会导致加工精度的下降，恶劣情况下会导致加工中心机构剧烈磨损或破坏，减少装置的使用寿命。减振是提高数控加工中心加工精度的一个重要研究课题。
减振的方法通常分两类，一种为主动振动控制，即引入外部能量来抑制核心加工装置的共振，另一种为被动振动控制，即利用系统本身结构的减振或隔振，来消耗颤振产生的能量。通常主动振动控制方法有电磁阀控制的缓冲器，主动隔振，磁浮轴承控制。被动振动控制方法有摩擦阻尼器，粘弹性阻尼器，油缸阻尼器。但是这些方法工作效率低，对颤振的抑制效果有限。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于振动监测的颤振控制方法及数控加工装置。
根据本发明一个方面提供的基于振动监测的颤振控制方法，包括如下步骤：
步骤1：根据数值模拟方法分析待减振装置在工作状态下颤振频率段下的共振模态；
步骤2：根据所述共振模态确定待减振装置的共振阵型，并在共振阵型的反节点设置有检测共振压电片阵列和用于抑制振动的主动振动抑制阻尼压电片阵列；
步骤3：所述检测共振压电片阵列监控待减振装置是否发生振动并生成振动监测数据；
步骤4：中央控制系统分析所述振动监测数据，当判断颤振发生时，则向所述 主动振动抑制阻尼压电片阵列发出驱动电压，驱动电压使所述主动振动抑制阻尼压电片阵列产生压电力抑制颤振。
优选地，所述检测共振压电片阵列和所述主动振动抑制阻尼压电片阵列相邻设置；
所述检测共振压电片阵列包括多个依次排列的检测共振压电片；
所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个依次排列的主动振动抑制阻尼压电片。
优选地，所述检测共振压电片阵列包括多个的检测共振压电片；所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个主动振动抑制阻尼压电片；
任意相邻的两个所述检测共振压电片之间设置一主动振动抑制阻尼压电片。
根据本发明另一个方面提供的数控加工装置，采用所述的基于振动监测的颤振控制方法进行减振；包括加工机构和中央控制系统；
所述加工机构的共振阵型的反节点设置有检测共振压电片阵列和用于抑制振动的主动振动抑制阻尼压电片阵列；
所述中央控制系统电连接所述检测共振压电片阵列和所述主动振动抑制阻尼压电片阵列。
优选地，所述加工机构包括立柱、主轴、工作台中的任一个部件或任多个部件；
所述立柱、所述主轴、所述工作台中的任一个部件或任多个部件的共振阵型的反节点设置有检测共振压电片阵列和用于抑制振动的主动振动抑制阻尼压电片阵列；
其中，所述主轴设置在所述立柱的导轨上，能够沿所述导轨在Z轴方向移动；所述工作台设置在所述主轴的下侧。
优选地，所述加工机构还包括底座、线轨、丝杆和床鞍；
其中，所述线轨包括第一线轨和第一线轨；所述丝杆包括第一丝杆、第二丝杆和第三丝杆；
所述床鞍通过所述第一线轨连接所述底座；所述第一丝杆带动所述床鞍沿X轴方向移动；
所述工作台通过所述第二线轨连接所述床鞍；所述第二丝杆带动所述工作台沿Y轴方向移动；
所述第三丝杆带动所述主轴沿所述导轨在Z轴方向移动。
优选地，所述检测共振压电片阵列和所述主动振动抑制阻尼压电片阵列相邻设置；
所述检测共振压电片阵列包括多个依次排列的检测共振压电片；
所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个依次排列的主动振动抑制阻尼压电片。
优选地，所述检测共振压电片阵列包括多个的检测共振压电片；所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个主动振动抑制阻尼压电片；
任意相邻的两个所述检测共振压电片之间设置一主动振动抑制阻尼压电片。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过在颤振发生时共振阵型的反节点布置检测共振压电片阵列来监控颤振的发生，同时设置振动抑制的阻尼压电片阵列产生的压电力作为有源主动阻尼从而高效地抑制颤振的发生；
2、本发明通过抑制机床颤振，从而提高机床稳定性，抑制了机床变形和扭曲变形，更好的保证机床精度，延长机床使用寿命；
3、本发明中方法简单实用，能够用于多领域的减震。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中数控加工装置的结构示意图；
图2为本发明中基于振动监测的颤振控制方法的步骤流程图。
图中：
1为底座；
2为线轨；
3为丝杆；
4为床鞍；
5为工作台；
6为主轴；
7为立柱；
8为第一检测共振压电片阵列；
9为第一主动振动抑制阻尼压电片阵列；
10为第二检测共振压电片阵列；
11为第二主动振动抑制阻尼压电片阵列。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的基于振动监测的颤振控制方法，包括如下步骤：
步骤1：根据数值模拟方法分析待减振装置在工作状态下颤振频率段下的共振模态；
步骤2：根据所述共振模态确定待减振装置的共振阵型，并在共振阵型的反节点设置有检测共振压电片阵列和用于抑制振动的主动振动抑制阻尼压电片阵列；
步骤3：所述检测共振压电片阵列监控待减振装置是否发生振动并生成振动监测数据；
步骤4：中央控制系统分析所述振动监测数据，当判断颤振发生时，则向所述主动振动抑制阻尼压电片阵列发出驱动电压，驱动电压使所述主动振动抑制阻尼压电片阵列产生压电力抑制颤振。
所述压电力的方向与共振阵型反节点的振动方向相反。
所述检测共振压电片阵列和所述主动振动抑制阻尼压电片阵列相邻设置；
所述检测共振压电片阵列包括多个依次排列的检测共振压电片；
所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个依次排列的主动振动抑制阻尼压电片。
在变形例中，所述检测共振压电片阵列包括多个的检测共振压电片；所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个主动振动抑制阻尼压电片；
任意相邻的两个所述检测共振压电片之间设置一主动振动抑制阻尼压电片。
本发明提供的数控加工装置，采用所述的基于振动监测的颤振控制方法进行减振；包括加工机构和中央控制系统；
所述加工机构的共振阵型的反节点设置有检测共振压电片阵列和用于抑制振动的主动振动抑制阻尼压电片阵列；
所述中央控制系统电连接所述检测共振压电片阵列和所述主动振动抑制阻尼压电片阵列。
所述加工机构包括立柱7、主轴6、工作台5中的任一个部件或任多个部件；
所述立柱7、所述主轴6、所述工作台5中的任一个部件或任多个部件的共振阵型的反节点设置有检测共振压电片阵列和用于抑制振动的主动振动抑制阻尼压电片阵列；
其中，所述主轴6设置在所述立柱7的导轨上，能够沿所述导轨在Z轴方向移动；所述工作台5设置在所述主轴6的下侧。
所述加工机构还包括底座1、线轨2、丝杆3和床鞍4；
其中，所述线轨2包括第一线轨和第一线轨；所述丝杆3包括第一丝杆、第二丝杆和第三丝杆；
所述床鞍4通过所述第一线轨连接所述底座1；所述第一丝杆带动所述床鞍4沿X轴方向移动；
所述工作台5通过所述第二线轨连接所述床鞍4；所述第二丝杆带动所述工作台5沿Y轴方向移动；
所述第三丝杆带动所述主轴6沿所述导轨在Z轴方向移动。通过第一丝杆、第二丝杆、第三丝杆的转动可实现单独轴移动：前后，即X轴方向移动；左右，即Y轴方向移动；上下，Z轴方向移动。也能够联动工作：左右前后上下可同时三轴动作或其中两轴动作
所述检测共振压电片阵列和所述主动振动抑制阻尼压电片阵列相邻设置；所述检测共振压电片阵列包括多个依次排列的检测共振压电片；所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个依次排列的主动振动抑制阻尼压电片。
在变形例中，所述检测共振压电片阵列包括多个的检测共振压电片；所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个主动振动抑制阻尼压电片；
任意相邻的两个所述检测共振压电片之间设置一主动振动抑制阻尼压电片。
在本实施例中，本发明通过在颤振发生时阵型的反节点布置检测共振压电片阵列来监控颤振的发生，同时设置振动抑制的阻尼压电片阵列产生的压电力作为有源主动阻尼从而高效地抑制颤振的发生；本发明通过抑制机床颤振，从而提高机床稳定性，抑制了机床变形和扭曲变形，更好的保证机床精度，延长机床使用寿命；更好的保证机床精度；延长使用寿命；本发明中方法简单实用，能够用于多领域的减震。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种基于振动监测的颤振控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据数值模拟方法分析待减振装置在工作状态下颤振频率段下的共振模态；
步骤2：根据所述共振模态确定待减振装置的共振阵型，并在共振阵型的反节点设置有检测共振压电片阵列和用于抑制振动的主动振动抑制阻尼压电片阵列；
步骤3：所述检测共振压电片阵列监控待减振装置是否发生振动并生成振动监测数据；
步骤4：中央控制系统分析所述振动监测数据，当判断颤振发生时，则向所述主动振动抑制阻尼压电片阵列发出驱动电压，驱动电压使所述主动振动抑制阻尼压电片阵列产生压电力抑制颤振。
2.根据权利要求1所述的基于振动监测的颤振控制方法，其特征在于，所述检测共振压电片阵列和所述主动振动抑制阻尼压电片阵列相邻设置；
所述检测共振压电片阵列包括多个依次排列的检测共振压电片；
所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个依次排列的主动振动抑制阻尼压电片。
3.根据权利要求1所述的基于振动监测的颤振控制方法，其特征在于，所述检测共振压电片阵列包括多个的检测共振压电片；所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个主动振动抑制阻尼压电片；
任意相邻的两个所述检测共振压电片之间设置一主动振动抑制阻尼压电片。
4.一种数控加工装置，其特征在于，采用权利要求1至3任一项所述的基于振动监测的颤振控制方法进行减振；包括加工机构和中央控制系统；
所述加工机构的共振阵型的反节点设置有检测共振压电片阵列和用于抑制振动的主动振动抑制阻尼压电片阵列；
所述中央控制系统电连接所述检测共振压电片阵列和所述主动振动抑制阻尼压电片阵列。
5.根据权利要求4所述的数控加工装置，其特征在于，所述加工机构包括立柱(7)、主轴(6)、工作台(5)中的任一个部件或任多个部件；
所述立柱(7)、所述主轴(6)、所述工作台(5)中的任一个部件或任多个部件的共振阵型的反节点设置有检测共振压电片阵列和用于抑制振动的主动振动抑制阻尼压电片阵列；
其中，所述主轴(6)设置在所述立柱(7)的导轨上，能够沿所述导轨在Z轴方向移动；所述工作台(5)设置在所述主轴(6)的下侧。
6.根据权利要求5所述的数控加工装置，其特征在于，所述加工机构还包括底座(1)、线轨(2)、丝杆(3)和床鞍(4)；
其中，所述线轨(2)包括第一线轨和第二线轨；所述丝杆(3)包括第一丝杆、第二丝杆和第三丝杆；
所述床鞍(4)通过所述第一线轨连接所述底座(1)；所述第一丝杆带动所述床鞍(4)沿X轴方向移动；
所述工作台(5)通过所述第二线轨连接所述床鞍(4)；所述第二丝杆带动所述工作台(5)沿Y轴方向移动；
所述第三丝杆带动所述主轴(6)沿所述导轨在Z轴方向移动。
7.根据权利要求4或5所述的数控加工装置，其特征在于，所述检测共振压电片阵列和所述主动振动抑制阻尼压电片阵列相邻设置；
所述检测共振压电片阵列包括多个依次排列的检测共振压电片；
所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个依次排列的主动振动抑制阻尼压电片。
8.根据权利要求4或5所述的数控加工装置，其特征在于，所述检测共振压电片阵列包括多个的检测共振压电片；所述主动振动抑制阻尼压电片阵列包括多个主动振动抑制阻尼压电片；
任意相邻的两个所述检测共振压电片之间设置一主动振动抑制阻尼压电片。
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