[發(fā)明專利]一種高速銑削穩(wěn)定性快速判定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010235203.0
• 申請(qǐng)日: 2010-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN101905340A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張俊;趙萬華;盧秉恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);西安瑞特快速制造工程研究有限公司
• 主分類號(hào): B23C1/00
• 分類號(hào): B23C1/00;B23Q11/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高速銑削穩(wěn)定性的快速判定方法。

背景技術(shù)

目前高速加工主要靠提高主軸轉(zhuǎn)數(shù)、增大進(jìn)給速度，以及改進(jìn)CNC控制系統(tǒng)等方法來實(shí)現(xiàn)。然而在實(shí)際的切削加工過程中，影響其有效高速加工的一個(gè)主要因素就是顫振，或者稱不穩(wěn)定切削。顫振是金屬切削過程中刀具與工件之間產(chǎn)生的一種非常強(qiáng)烈的自激振動(dòng)，由切削力激發(fā)而引起并維持其振動(dòng)不衰減。顫振不僅破壞工件的表面質(zhì)量，而且還加劇刀具的磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至使切削無法進(jìn)行。在過去的幾十年里，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者為深入了解顫振并避免顫振的發(fā)生開展了一系列的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。多年的研究成果表明避免顫振發(fā)生的一個(gè)有效方法就是借助于穩(wěn)定性極限圖來選擇合適的切削參數(shù)。該圖利用主軸轉(zhuǎn)速與臨界軸向切深的變化曲線將切削區(qū)域劃分為穩(wěn)定區(qū)和非穩(wěn)定區(qū)。然而，無論是采用解析法還是時(shí)域模擬法來構(gòu)造某一機(jī)床結(jié)構(gòu)的切削穩(wěn)定性極限圖，一般均需要先獲取反映在刀尖點(diǎn)的機(jī)床系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性，即頻率響應(yīng)函數(shù)。

在以往的理論研究和工程應(yīng)用中，大都采用錘擊法來獲得機(jī)床系統(tǒng)反映在刀尖點(diǎn)的頻響特性。機(jī)床系統(tǒng)的頻響特性是與其子部件(刀具結(jié)構(gòu)、刀具懸伸長(zhǎng)度、刀柄結(jié)構(gòu)、主軸結(jié)構(gòu)等)和邊界條件密切相關(guān)的。當(dāng)系統(tǒng)部件更換或位置調(diào)整后，反映在刀尖點(diǎn)的頻響特性也隨之改變，如需對(duì)此狀態(tài)下的穩(wěn)定性切削進(jìn)行參數(shù)選擇，則又得采用錘擊法重新獲取其頻響特性，構(gòu)建新的切削穩(wěn)定性極限圖。因此，光靠采用錘擊測(cè)試實(shí)驗(yàn)手段來指導(dǎo)實(shí)際加工中的切削參數(shù)選擇，勢(shì)必要進(jìn)行數(shù)百次甚至上千次的實(shí)驗(yàn)才能建立較為完整的切削穩(wěn)定性極限圖集，這樣既增加了成本，又大大延長(zhǎng)了時(shí)間，違背了高速、高效加工的初衷。因此，快速獲取機(jī)床系統(tǒng)反映在刀尖點(diǎn)的動(dòng)態(tài)特性，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高速高效加工能起到相當(dāng)重要的指導(dǎo)作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無需進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試，就能對(duì)機(jī)床整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行高速銑削時(shí)的穩(wěn)定性進(jìn)行快速判定的方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

1)將機(jī)床整機(jī)劃分為五大部分即刀齒、刀桿、刀柄、主軸和機(jī)床其它部件；

2)稱量刀具即刀齒和刀桿的質(zhì)量M，再測(cè)量出刀桿的直徑d₁和長(zhǎng)度l₁，及刀齒的長(zhǎng)度l₂，根據(jù)刀具材料的密度ρ和公式(1)計(jì)算出刀齒的等效直徑d₂，將刀具等效為兩段直徑不同的梁?jiǎn)卧俨捎肨imoshenko梁?jiǎn)卧Ｐ颓蠼獬龅毒叩念l響函數(shù)特性；

M=π4·d12·l1·ρ+π4·d22·l2·ρ---(1)]]>

3)采用Timoshenko梁?jiǎn)卧Ｐ陀?jì)算刀柄法蘭以下部分的頻響函數(shù)特性；

4)將刀柄法蘭和錐套、主軸和機(jī)床其它部件作為一個(gè)整體，采用錘擊法測(cè)出該整體結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)特性；

5)將以上各部件的頻響函數(shù)特性依次通過子結(jié)構(gòu)耦合法進(jìn)行合并得到機(jī)床整機(jī)頻響函數(shù)特性，兩結(jié)構(gòu)耦合前、后的頻響函數(shù)用矩陣形式表示如公式(2-3)所示，耦合關(guān)系如公式(4-7)