[發明專利]薄壁件銑削顫振抑制方法

有效

• 申請號: 201710171598.4
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106965032B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 萬敏;黨學斌;張衛紅;楊昀;馬穎超
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23Q11/00
• 分類號: B23Q11/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種薄壁件銑削顫振抑制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、建立多點接觸的同時考慮刀具和工件變形的銑削動力學模型；銑削系統的運動方程為：

Γ··t(t)Γ··wp(t)+2ξtωn,t002ξwpωn,wpΓ·t(t)Γ·wp(t)+ω2n,t00ω2n,wpΓt(t)Γwp(t)=UtTUwpTF(t)]]>

并求出動態銑削力:

F(t)=dF1(t)dF2(t)...dFq(t)]]>

其中，Γ_t(t)是表示刀具的模態位移的向量；Γ_wp(t)是表示工件的模態位移的向量；ζ_t表示刀具阻尼比的對角矩陣，ζ_wp表示工件阻尼比的對角矩陣；ω_t表示刀具固有頻率的對角陣；ω_wp表示工件固有頻率的對角陣；U_t表示質量歸一化后刀具的模態振型，U_wp表示質量歸一化后工件的模態振型；q表示將刀具與工件沿軸向微分所用的節點數；F(t)表示在每個接觸點處銑削力組成的矩陣；

步驟二、將選定的銑刀安裝到機床主軸后，采用多點敲擊試驗法和線性插值的方法測定刀具進給方向和垂直于進給方向的模態參數；ζ_m,t,x，ζ_m,t,y表示第m階的阻尼比；ω_m,t,x，ω_m,t,y表示第m階的系統固有頻率；U_m,t,x，U_m,t,y是q×1維的矩陣，表示系統質量歸一化的第m階的模態振型；

步驟三、建立薄壁工件的有限元模型；在建立模型的過程中，分別建立去除材料，最終工件，附加質量的集合；給模型賦予相應的材料屬性并給工件添加與實際加工相符合的約束與載荷后進行有限元分析，得到整體工件的固有頻率并提取出各個單元的質量矩陣和剛度矩陣，最后組裝得到整體工件模型和附加質量的質量矩陣和剛度矩陣,進而得到整體工件模型的各階固有頻率ω_wp和模態振型U_wp；

步驟四、假定阻尼比不變，利用錘擊法模態實驗提取工件的阻尼特性；通過測量工件不同點的頻響函數，并對其擬合確定工件的阻尼比矩陣ζ_wp；

步驟五、利用步驟二測試得到的模態參數和步驟三、四得到的整體工件模型的各階固有頻率ω_wp，模態振型U_wp和工件的阻尼比矩陣ζ_wp，代入步驟一中，利用半離散法分別求解刀具在銑削初始位置和終止位置的狀態方程，得到以軸向切深a_p和主軸轉速n為變量的銑削初始位置和終止位置的穩定性葉瓣圖；

步驟六、以材料去除率MRR最大為目標函數，MRR＝a_p×a_e×n×N×f；a_p表示軸向切深，a_e表示徑向切深，n表示主軸轉速，N表示刀具刀齒數，f表示每齒進給量；在銑削過程中徑向切深a_e，刀具刀齒數N，每齒進給量f事先已經確定；以軸向切深a_p和主軸轉速n變量，分別以步驟五中得到的銑削初始位置和終止位置的穩定性葉瓣圖為約束，設定種群大小、隨機種子產生概率、變異概率、交叉概率和遺傳代數參數，利用遺傳算法分別得到優化的銑削初始位置和終止位置軸向切深a_p和主軸轉速n；選取初始位置和終止位置對應的a_p中的最小的為所選擇的加工參數；

步驟七、修改材料屬性中材料密度ρ和楊氏模量E來改變附加質量的質量矩陣和剛度矩陣，利用田口法正交試驗修改材料屬性中材料密度ρ和楊氏模量E來改變附加質量的質量矩陣和剛度矩陣，然后再組裝得到修改后的工件的動力學參數；將新的動力學參數代入步驟五中，得到與正交試驗對應的穩定性葉瓣圖；通過步驟六，得到與田口法正交實驗對應的MRR及與之對應的軸向切深a_p和主軸轉速n；最后通過對田口試驗得到的數據進行分析，選擇得到能夠使MRR最大的最優附加質量組合及與之對應的軸向切深a_p和主軸轉速n。