[發(fā)明專利]一種預(yù)測葉輪顫振的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610061653.X
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105447286B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱立達;丁洋;劉長福;劉寶光;金慧成;李兆斌;史家順;于天彪;鞏亞東;王宛山
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于葉輪加工穩(wěn)定性預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)測葉輪顫振的方法。

背景技術(shù)

顫振穩(wěn)定性預(yù)測方法是銑削加工過程當(dāng)中一種十分重要的理論方法。它可以有效避免銑削過程中由再生振動引起的加工表面質(zhì)量惡化，使得在無顫振情況下進行零件加工成為可能；從而有效提高了銑削加工的效率和表面質(zhì)量。

目前，使用穩(wěn)定性葉瓣圖來預(yù)測銑削顫振是一種有效的方法。該方法基于系統(tǒng)傳遞函數(shù)來建立不同主軸轉(zhuǎn)速與軸向切削深度之間的關(guān)系，以軸向極限切深作為穩(wěn)定性邊界條件。由于薄壁件的剛度與刀具相近，其加工動態(tài)特性不能忽略，需要以工件傳遞函數(shù)來獲得穩(wěn)定性葉瓣圖。而薄壁件在銑削過程中，它的模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度等參數(shù)又隨著加工的進行而不斷變化，導(dǎo)致工件的傳遞函數(shù)不斷變化，具有了時變性質(zhì)。因此，薄壁件的銑削穩(wěn)定性預(yù)測需要考慮材料去除的影響。

目前，國內(nèi)在研究銑削穩(wěn)定性方面對于材料去除的影響考慮的不夠充分，這極大地影響了薄壁零件的加工質(zhì)量與加工精度。國內(nèi)學(xué)者在研究中都沒有建立材料去除時工件傳遞函數(shù)的時變性模型。這些學(xué)者也沒有考慮工件傳遞函數(shù)隨材料去除而不斷發(fā)生的變化，以及由此產(chǎn)生的對銑削穩(wěn)定性預(yù)測準確性的影響。所以之前的預(yù)測方法并不能在加工中實時地、準確地對當(dāng)前銑削加工穩(wěn)定性做出合理的預(yù)測。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種預(yù)測葉輪顫振的方法。

一種預(yù)測葉輪顫振的方法，包括以下步驟：

步驟1：建立葉輪的實體模型，采用有限元分析方法對葉輪的實體模型進行網(wǎng)格劃分，得到葉輪的有限元模型；

步驟2：根據(jù)葉輪的有限元模型的網(wǎng)格確定加工的子階段，將葉輪的加工過程劃分為若干個加工子階段；

步驟3：利用有限元分析方法求解出葉輪各加工子階段的模態(tài)參數(shù)，根據(jù)各加工子階段的模態(tài)參數(shù)建立葉輪各個加工子階段的傳遞函數(shù)；

步驟3.1：采用有限元實體單元模型，建立有限元實體單元的整體坐標(biāo)系，確定有限元實體單元的幾何參數(shù)；

步驟3.2：根據(jù)有限元實體單元的幾何參數(shù)確定有限元實體單元的形函數(shù)向量，得到有限元實體單元內(nèi)節(jié)點位移的模型；

步驟3.3：采用經(jīng)典薄板理論中的模態(tài)參數(shù)求解方法對各加工子階段的葉輪單元進行模態(tài)計算，得到各加工子階段的有限元實體單元的單元剛度，從而得到葉輪各加工子階段的模態(tài)參數(shù)；

步驟3.4：根據(jù)葉輪各加工子階段的模態(tài)參數(shù)考慮各加工子階段的自由度，建立葉輪各加工子階段的傳遞函數(shù)。

步驟4：采用實驗?zāi)B(tài)分析方法獲得刀具系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)和葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，根據(jù)刀具系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)和葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)建立刀具-葉輪系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；

步驟5：計算所述葉輪各加工子階段的模態(tài)參數(shù)與實驗?zāi)B(tài)分析方法獲得的葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的差值，得到模態(tài)參數(shù)偏差向量，采用模態(tài)參數(shù)迭代函數(shù)對模態(tài)參數(shù)偏差向量進行迭代，得到模態(tài)參數(shù)偏差向量在模態(tài)參數(shù)容差范圍內(nèi)的各加工子階段的最終模態(tài)參數(shù)，繪制出葉輪各加工子階段的銑削穩(wěn)定性葉瓣圖；

步驟5.1：令迭代次數(shù)p＝1，計算所述葉輪各加工子階段的模態(tài)參數(shù)與實驗?zāi)B(tài)分析方法獲得的葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的差值，得到模態(tài)參數(shù)偏差向量[Δu₁]；

步驟5.2：計算初始模態(tài)參數(shù)容差范圍ε₁＝5％*[Δu₀]，其中，[Δu₀]為實驗?zāi)B(tài)分析方法獲得的葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的矩陣；

步驟5.3：判斷當(dāng)前模態(tài)參數(shù)偏差向量[Δu_p]是否在當(dāng)前模態(tài)參數(shù)容差范圍ε_p內(nèi)，若是，將葉輪加工子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)作為葉輪加工子系統(tǒng)的最終模態(tài)參數(shù)，執(zhí)行步驟5.7，否則，執(zhí)行步驟5.4；

步驟5.4：令p＝p+1，采用模態(tài)參數(shù)迭代函數(shù)更新葉輪加工子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)向量[u_p]；

所述的模態(tài)參數(shù)迭代函數(shù)如下所示：

其中，[Δu_p-1]為第p-1次迭代的模態(tài)參數(shù)偏差向量；[u_p-1]為第p-1次迭代的葉輪加工子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)向量，[u_p]為當(dāng)前葉輪加工子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)向量，{εF}為切削力差值；

步驟5.5：計算當(dāng)前葉輪加工子階段的模態(tài)參數(shù)向量與實驗?zāi)B(tài)分析方法獲得的葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的差值，得到模態(tài)參數(shù)偏差向量[Δu_p]；