[發明專利]一種考慮剛度時變的大切除率銑削顫振監測方法

在審

• 申請號: 201410648345.8
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN105678043A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 蔣永翔;馬駿;李秋;朱娜;張子淼
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;B23Q17/12;B23Q15/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于機械加工領域，涉及一種顫振監測方法，具體涉及一種考慮剛度時變的大切除率銑削顫振監測方法。

背景技術

加工顫振是影響工件精度的重要因素，建立銑削顫振穩定性動力學模型是進行顫振監測的第一步。穩定性動力學建模最早由Tobias、Tlusty在直角車削范圍內建立，隨后，研究者擴展了該模型的適用范圍，如在銑削、磨削中的應用。該動力學模型經歷了從單自由度建模到多自由度建模、從低速加工到高速加工、建模從時域到頻域和時頻域、切削影響因素維度從二維到三維的發展。需要注意的是，在大材料去除率銑削至薄壁后，工件剛度呈時變減小趨勢，刀具—工件系統動力學特性變差并導致顫振的加劇，傳統的銑削顫振監測會出現誤差，特別是高速及去除率達90%的加工過程，這種誤差將不可忽略。

發明內容

本發明針對上述問題提供一種考慮剛度時變的大切除率銑削顫振監測方法，從考慮剛度時變的影響因素出發，建立刀具—工件耦合系統時變傳遞函數模型，進而搭建在線監測系統進行時變耦合傳遞函數的測量，然后將在線測量的時變傳遞函數代入建立的銑削顫振穩定性動力學模型，最終基于模型計算結果提出顫振優化加工參數控制指導方案。

為了達到上述目的，本發明所述的一種考慮剛度時變的大切除率銑削顫振監測方法，包括以下步驟：

S10：建立刀具—工件耦合系統時變傳遞函數模型；

S20：搭建基于時變耦合傳遞函數測量的在線監測系統；

S30：建立銑削顫振穩定性動力學模型；

S40：提出顫振優化加工參數控制指導方案。

特別的，所述刀具—工件耦合系統時變傳遞函數模型根據如下公式建立：

（1）

其中，Hx為刀具—工具耦合系統x向傳遞函數，m/N；Hy為刀具—工具耦合系統y向傳遞函數，m/N；Hwx為工件x向傳遞函數，m/N；Hwy為工件y向傳遞函數，m/N；Htx為刀具x向傳遞函數，m/N；Hty為刀具y向傳遞函數，m/N；Xwx為工件x軸方向上的位移，m；Xwy為工件y軸方向上的位移，m；Fx為x方向上的切削力，N；Fy為y方向上的切削力，N。

特別的，所述步驟S20具體包括以下步驟：

S201：將主軸的緩慢升速作為步進掃描的正弦激勵，采用位移傳感器測量工件子系統x、y向的振動位移信號Xwx、Xwy，測力儀測量刀具子系統x、y向的切削力信號Fx、Fy，代入公式（1），獲得Htx、Hty。

S202：忽略刀具安裝誤差及切削過程中的微量破損，銑削過程中的刀具子系統為剛性時不變系統，采用傳統的力錘敲擊法或正弦掃頻實驗模態分析方法獲得傳遞函數Hwx、Hwy。

S203：將所述步驟S201和S202代入公式（1），獲得刀具—工件耦合系統時變傳遞函數值。

特別的，所述銑削顫振穩定性動力學模型根據如下公式建立：

（2）

（3）

其中，aplim為軸向切深；Z為銑刀齒數；A0為動態銑削力系數，無量綱；Kt為切向銑削力系數，N/m；n為主軸轉速；ωc為顫振頻率，HZ；Jr為刀齒在周期T內留在切削表面全部振紋的整波數；Re[H(jω)r]為刀具工件耦合系統第r階傳遞函數實部，m/N；Im[H(jω)r]為刀具工件耦合系統第r階傳遞函數虛部，m/N。

特別的，所述步驟S40具體包括以下步驟：

S401：根據所述的公式（2）、（3），繪制加工參數穩定性圖，即可在穩定性圖中的穩定性區域內選擇加工參數，提出顫振優化加工參數控制指導方案。

附圖說明

圖1為本發明一種考慮剛度時變的大切除率銑削顫振監測方法實施例的順銑位移關系示意圖；

圖2為本發明一種考慮剛度時變的大切除率銑削顫振監測方法實施例的逆銑位移關系示意圖；

圖3為本發明一種考慮剛度時變的大切除率銑削顫振監測方法實施例的傳遞函數在線監測平臺安裝示意圖；

圖4為本發明一種考慮剛度時變的大切除率銑削顫振監測方法實施例的多自由度穩定性圖；

圖5為本發明一種考慮剛度時變的大切除率銑削顫振監測方法的流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進一步詳細說明。