[發明專利]基于二維顫振穩定極限圖確定工程用穩定加工工藝參數圖的方法

在審

• 申請號: 201510689682.6
• 申請日: 2015-10-22
• 公開（公告）號: CN105467928A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 趙燦;陶廣福;郭延艷;徐衍峰;劉玉波;王學惠;何萬濤
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技大學
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 深圳市智科友專利商標事務所 44241
• 代理人: 曲家彬

技術領域：

本發明屬于高速與超高速銑削加工領域工藝參數的選取方法，具體涉及加工領域工藝系 統中顫振現象的規避和高速高效銑削參數的選取。

背景技術：

當前在獲取工藝系統顫振穩定區域上有許多行之有效的理論與方法，然而，在實際工程 應用現場，有許多實際加工因素未被考慮，致使獲取的顫振穩定性極限區域不能夠有利、有 力的指導工程現場選取加工參數，從而降低了穩定性極限曲線的實際應用價值。

以下面研究內容為例：“柔性結構銑削時滯工藝系統的穩定性理論與實驗研究”(柔性 結構銑削時滯工藝系統的穩定性理論與實驗研究[D]武漢：華中科技大學20012)圍繞薄壁、 柔性結構零件加工中的穩定性問題，從切削振動機理、刀具、工件結構等不同方面對加工顫 振問題進行了深入研究，提出了新的穩定域的計算方法。但在工程應用現場中，一些工程實 際中具體的因素(如刀具、薄壁工件的切削共振、夾具-工藝系統的裝夾不穩等)沒有在理論 中得到具體的計算。

發明內容：

本發明所要解決的問題是，在以模態解耦、選取工件加工點的模態振型為主要參數，建 立薄壁工件-夾具系統的穩定性極限區域基礎上，充分考慮工程應用現場的工件裝夾、切削共 振、模態耦合等不易在理論上考慮的因素，以加權隸屬度和曲線光滑度為優化約束條件，給 出高速切削薄壁件的工程化應用曲線和具體的函數表達方程，進而快速指導高效無顫振銑削 參數的選取，縮短產品試制周期，提高高速銑削系統的整體加工效率。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

基于二維顫振穩定極限圖確定工程用穩定加工工藝參數圖的方法，該方法基于銑削加工 系統中二維顫振穩定力學表達方程式及極限圖，在加工設備主軸轉速為5000-15000rpm的應 用區間內，對不同范圍的主軸轉速的切削深度依據隸屬度值對極限圖進行修正及曲線光滑處 理獲得工程用穩定加工力學表達方程式及工藝參數圖，該方法由以下步驟實現：

步驟1.基于同類被加工易發生顫振的工件及夾具組成的工藝系統和刀具主軸組成的加工 系統，依據切削實驗獲得的工藝系統的模態參數、加工系統的模態參數、加工點振型、切削 力系數和主軸轉動角頻率建立銑削加工系統中二維顫振穩定的力學表達方程式及切削深度和 主軸轉速為縱橫坐標的二維顫振穩定極限圖；

步驟2.對步驟⑴二維顫振穩定極限圖中主軸轉速為5000-15000rpm的應用區間內穩定加工 工藝參數曲線中，主軸轉速對應的切削深度按隸屬度數值的倍數進行消除工藝系統第一及第 二階模態頻率顫振和加工系統第一及第二階模態顫振耦合的切削深度數值修正處理，具體切 削深度數值修正處理步驟如下；

①.選取步驟⑴二維顫振穩定極限圖中穩定加工工藝參數曲線第一階最大切削深度b₁對應 的主軸轉速Ω₁，以橫坐標主軸轉速Ω₁為起點，進行等數額增加主軸轉速的一組切削試驗， 測得的主軸轉速Ω₁時無振動實際切削深度數值b₁^、，按下列公式確定主軸轉速Ω₁的隸屬度數 值；

b₁^、/b₁＝A₁公式中A₁為主軸轉速Ω₁的隸屬度數值

當切削試驗點的隸屬度數值滿足以下公式時，將主軸轉速Ω₂定義為切削深度數值修正界 點；

A₂－A₁≧0.2公式中A₂為主軸轉速Ω₂的隸屬度數值

主軸轉速Ω₁原點，Ω₁-Ω₂為距離在橫坐標反方向設置對稱界點Ω₃，取Ω₁-Ω₂之間切削 試驗點獲得隸屬度數平均值為Ω₂-Ω₃區間的穩定加工工藝參數曲線隸屬度數值進行切削深度 數值修正；