面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法与流程

本发明涉及数控加工控制，特别是面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法。

背景技术：

1、随着航空航天、能源装备及大型模具等领域对高精度大尺寸零件加工需求的提高，大尺寸零件铣削逐渐向高材料去除率和高加工精度发展。此类零件局部刚度差异较大，材料去除状态持续变化，铣削过程中容易产生振动、让刀和局部加工误差。现有工业控制系统通常通过振动信号识别异常振动，并调整主轴转速、进给速度或切削深度，同时依据刀具变形、工件变形或加工误差设置轨迹补偿量，对刀具运动轨迹进行局部修正。

2、大尺寸零件连续铣削过程中，材料去除会引起局部结构状态和振动传播状态变化，现有工业控制系统采用固定动态参数或单一振动特征时，难以准确表征不同刀位的局部动态响应。现有轨迹补偿通常依据偏置量或几何连续性进行限幅和平滑，未充分考虑轨迹偏置变化产生的动态激励及局部动态顺应度差异，当相邻刀位偏置变化过快时容易加剧局部振动；对于超过允许扰动范围的轨迹偏置，也缺少沿尚未加工连续刀位重新分配的处理方式，难以兼顾让刀补偿与铣削稳定性。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法解决大尺寸零件铣削过程中局部动态状态难以准确表征与轨迹偏置变化易引发振动的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、本发明提供了面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法，其包括：采集实际刀位与振动信号，依据实际刀位确定材料去除范围并建立关联关系，形成刀位加工关联信息；依据材料去除范围确定当前刀位的基准局部动态顺应度，并从振动信号中获取振动传播程度，得到刀位动态状态参数；利用刀位动态状态参数，按照振动传播程度修正基准局部动态顺应度，并沿尚未加工的连续刀位确定局部动态顺应度，由各局部动态顺应度确定预计让刀量并转换为目标轨迹偏置量，再结合相邻刀位目标轨迹偏置量的差值与刀位间距确定轨迹偏置扰动程度，按照局部动态顺应度确定允许扰动范围，当轨迹偏置扰动程度超过允许扰动范围时，将超出允许扰动范围的目标轨迹偏置量沿尚未加工的连续刀位逐级分配，直至各相邻刀位的轨迹偏置扰动程度都处于允许扰动范围内，生成未加工刀位局部修正轨迹；按照未加工刀位局部修正轨迹控制刀位铣削，并依据实际执行位置更新材料去除范围再写入刀位加工关联信息，形成更新后的刀位加工关联信息。

5、作为本发明所述面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法的一种优选方案，其中，所述确定材料去除范围并建立关联关系，形成刀位加工关联信息，具体步骤如下：

6、采集实际刀位与振动信号，按照采集时间将各振动采样点匹配至对应时刻的实际刀位，确定各实际刀位的振动信号；

7、按照实际刀位的连续移动区段确定刀具扫掠范围，并与尚未去除的材料范围进行比对，确定材料去除范围，再将材料去除范围与振动信号建立关联，形成刀位加工关联信息。

8、作为本发明所述面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法的一种优选方案，其中，所述确定当前刀位的基准局部动态顺应度，并从振动信号中获取振动传播程度，得到刀位动态状态参数，具体步骤如下：

9、依据材料去除范围确定当前刀位的局部材料作用区域，统计未去除材料占比得到材料保留程度，再确定当前刀位加工前的初始局部动态顺应度，并按照材料保留程度进行修正，得到基准局部动态顺应度；

10、从振动信号中提取主轴侧振动与工件侧振动在相同特征频带内的振动幅值，并比较振动幅值变化确定振动传播程度，再与基准局部动态顺应度按照当前刀位归集，得到刀位动态状态参数。

11、作为本发明所述面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法的一种优选方案，其中，所述按照振动传播程度修正基准局部动态顺应度，并沿尚未加工的连续刀位确定局部动态顺应度，具体步骤如下：

12、利用刀位动态状态参数，获取前一相邻刀位的振动传播程度，并与当前刀位的振动传播程度进行比较得到传播偏差，再按照传播偏差的大小与变化方向修正基准局部动态顺应度，得到刀位顺应度；

13、将刀位顺应度作为起始值，沿尚未加工的连续刀位比较相邻局部材料作用区域的空间重叠区域，将刀位顺应度与基准局部动态顺应度的差值按照空间重叠区域逐级衰减，并叠加至各连续刀位的基准局部动态顺应度，形成局部动态顺应度。

14、作为本发明所述面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法的一种优选方案，其中，所述由各局部动态顺应度确定预计让刀量并转换为目标轨迹偏置量，具体步骤如下：

15、依据当前刀位的振动幅值变化，结合各连续刀位的局部动态顺应度获得对应位移响应，将各位移响应转换为各连续刀位的预计让刀量；

16、将各连续刀位的预计让刀量与振动信号中振动幅值最大的方向进行匹配，并作为预计让刀方向，再沿预计让刀方向的反方向将预计让刀量映射至刀位的加工轨迹，得到各连续刀位的目标轨迹偏置量。

17、作为本发明所述面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法的一种优选方案，其中，所述结合相邻刀位目标轨迹偏置量的差值与刀位间距确定轨迹偏置扰动程度，具体步骤如下：

18、比较各连续刀位的目标轨迹偏置量，计算相邻刀位的目标轨迹偏置量差值，并结合相邻刀位沿加工轨迹的间距确定相邻刀位之间的偏置变化，再按照加工轨迹中的刀位排列次序记录各偏置变化，得到轨迹偏置变化；

19、依据轨迹偏置变化，按照加工轨迹中的刀位排列次序比较各相邻刀位之间的偏置变化，将偏置变化持续增大与突增的刀位确定为扰动刀位，并计算扰动刀位与相邻刀位之间的偏置变化差值，确定轨迹偏置扰动程度。

20、作为本发明所述面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法的一种优选方案，其中，所述按照局部动态顺应度确定允许扰动范围，具体步骤如下：

21、利用轨迹偏置扰动程度，按照各扰动刀位的实际进给速度与扰动刀位至相邻刀位沿加工轨迹的间距，确定轨迹偏置变化在单位时间内的作用频率，得到各扰动刀位的等效激励频率；

22、将各扰动刀位的等效激励频率与轨迹偏置扰动程度进行匹配，以等效激励频率表征轨迹偏置变化的作用快慢，并以轨迹偏置扰动程度表征相邻刀位之间偏置变化的强弱，再按照对应刀位建立关联，得到轨迹修正激励；

23、沿轨迹修正激励定位各扰动刀位，将等效激励频率与振动传播程度建立对应关系，并结合对应刀位的局部动态顺应度，计算轨迹偏置变化对各刀位振动响应的影响量；

24、按照振动响应的影响量与局部动态顺应度调整轨迹偏置扰动程度的基准允许上限，当振动响应的影响量增大时降低基准允许上限，局部动态顺应度增大时继续降低调整后的允许上限，并以最终允许上限确定各刀位的允许扰动范围。

25、作为本发明所述面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法的一种优选方案，其中，所述当轨迹偏置扰动程度超过允许扰动范围时，将超出允许扰动范围的目标轨迹偏置量沿尚未加工的连续刀位逐级分配，具体步骤如下：

26、按照加工轨迹中的刀位排列次序，将各扰动刀位的轨迹偏置扰动程度与允许扰动范围逐项比对，筛选轨迹偏置扰动程度超过允许扰动范围的刀位，并确定超出允许扰动范围的区段，再将超出区段与目标轨迹偏置量建立关联，将对应刀位确定为风险刀位，得到轨迹偏置风险；

27、从轨迹偏置风险中定位各风险刀位，并比较风险刀位与相邻刀位的目标轨迹偏置量，提取引起轨迹偏置扰动程度超过允许扰动范围的偏置差值，将偏置差值作为沿加工方向逐级分配的待释放偏置量。

28、作为本发明所述面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法的一种优选方案，其中，所述直至各相邻刀位的轨迹偏置扰动程度都处于允许扰动范围内，生成未加工刀位局部修正轨迹，具体步骤如下：

29、沿尚未加工的连续刀位由近至远分配待释放偏置量，将各刀位允许承接的最大偏置量作为单级分配量，并将剩余偏置量继续传递至下一刀位，直至待释放偏置量全部分配且轨迹偏置扰动程度都处于允许扰动范围内，得到受限轨迹偏置；

30、依据受限轨迹偏置，将重新分配后的轨迹偏置量作用于尚未加工的连续刀位，并沿预计让刀方向的反方向修正对应原刀位坐标，再按照加工轨迹中的刀位排列次序连接各修正刀位，并将修正范围两端与相邻未修正刀位连续衔接，生成未加工刀位局部修正轨迹。

31、作为本发明所述面向大尺寸零件铣削加工的振动识别与轨迹修正方法的一种优选方案，其中，所述按照未加工刀位局部修正轨迹控制刀位铣削，并依据实际执行位置更新材料去除范围再写入刀位加工关联信息，形成更新后的刀位加工关联信息，具体步骤如下：

32、按照未加工刀位局部修正轨迹进行铣削，连续读取进给轴实际位置并转换为刀具实际执行位置，并与未加工刀位局部修正轨迹中的对应刀位进行匹配，再连接相邻实际执行位置形成刀具实际移动路径，重新确定刀具扫掠范围；

33、利用实际刀具扫掠范围确定新增材料去除范围，并与已有材料去除范围归集更新材料去除范围，再按照实际执行位置写入刀位加工关联信息，形成更新后的刀位加工关联信息。

34、本发明有益效果为：通过结合轨迹偏置扰动程度、等效激励频率、振动传播程度及局部动态顺应度确定振动响应影响量，并据此调整工业控制系统中的允许扰动范围，实现了轨迹修正与刀位动态状态匹配，降低了轨迹偏置变化引发局部振动的风险；通过将扰动超限的偏置差值作为待释放偏置量，并沿尚未加工的连续刀位按照允许承接的最大偏置量逐级分配，实现了工业控制系统对超限轨迹偏置的分散修正，提高了让刀补偿的连续性和铣削稳定性。