铣削过程多源扰动影响下直线电机推力电流频谱特性分析

摘要

针对机床实际铣削过程中进给系统受多源、多频扰动影响,特别是直驱进给系统由于“零传动”特性,运动精度受外界扰动影响更为显著的问题,研究了机床加工过程多源扰动机理、频谱特征及其影响下直线电机进给系统推力电流频谱特性,综合分析了铣削过程中刀具-主轴系统的多源扰动,建立了考虑刀具偏心跳动的铣削力模型、主轴离心力模型、主轴轴承振动模型,并分析多源扰动频谱特性.表征了多源扰动激励下直线电机进给系统输出位移波动特性,并在直线电机驱动的VMC0865机床上完成单轴进给切削实验.实验结果表明:在进给速度为1 500 mm/min、主轴转速为5 000 r/min、切宽为2 mm、切深为2 mm的情况下,X轴位移波动均方值从0.36 μm增加到0.81 μm,推力电流均方值从0.94A增加到1.15 A;推力电流增加了主轴转频及其倍频、分频、边频的谐波成分;切削力会影响进给系统运动精度,从而影响零件加工质量和加工精度,验证了切削过程对直线电机进给系统推力电流频谱特征的影响;对比了不同切削参数对进给系统推力电流频谱特征的影响,明确了主轴转速是对推力电流频谱特征最为显著的切削参数.该研究对于直驱进给系统控制算法改进与加工参数选择具有重要指导意义.