[發明專利]薄壁件銑削變形誤差預測方法

有效

• 申請號: 201710171610.1
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106980720B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 張衛紅;萬敏;黨學斌;馬穎超;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬于薄壁件制造領域，特別涉及一種薄壁件銑削變形誤差預測方法。

背景技術

薄壁零件廣泛應用于航空航天領域，但加工合格的薄壁零件是制造領域中一個難題。加工變形是零件加工質量的重要指標之一，因此準確預測薄壁件銑削過程加工變形十分重要。研究表明，與常規零件銑削過程不同，薄壁件銑削過程中，不斷變化的工件動力學特性對其加工變形有很大的影響。因此研究人員對薄壁件銑削過程加工變形開展了大量研究工作。

文獻1“C.Eksioglu,Z.Kilic,Y.Altintas,Discrete-time prediction of chatter stability, cutting forces,and surface location errors in flexible milling systems,Journal of Manufacturing Science and Engineering-Transactions of the ASME 134(2012)061006.”公開了一種平面薄壁件周銑穩定性及加工變形預測方法?？紤]了工件動力學參數沿刀具軸向的變化，在刀具工件接觸域內的多個點建立刀具與工件相互作用的動力學模型，通過求解動力學方程的解，預測薄壁件周銑加工變形。

但現有方法只能進行平面薄壁件的加工變形預測，不能考慮刀具進給方向對曲面薄壁件周銑加工變形的影響，尚無帶曲面薄壁件周銑加工變形的預測方法。

發明內容

為了克服現有薄壁件銑削變形誤差預測方法實用性差的不足，本發明提供一種薄壁件銑削變形誤差預測方法。該方法首先利用結構動力學修改策略計算考慮材料去除效應的工件動力學特性；其次提取工件在不同刀具位置和不同軸向高度的動態位移；然后建立多點刀具工件動力學模型，將之前得到的工件動力學特性代入并利用數值積分方法求解刀具-工件相對位移；最后利用刀具-工件相對位移變換到刀具移動坐標系中，求解帶曲面薄壁件周銑加工變形。本發明考慮了周銑曲面時刀具進給方向對加工變形的影響，同時考慮了工件動力學參數因材料去除的變化、其在不同刀具位置處的變化及其沿刀具軸向的變化，同時適用于帶有平面和曲面薄壁件的周銑過程，實用性好。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種薄壁件銑削變形誤差預測方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、將周銑過程中使用的銑刀裝夾在機床上，進行模態錘擊實驗，測量得到刀具沿軸向多個點的頻響函數，通過頻響函數對刀具-刀柄-主軸系統進行實驗模態分析，得到刀具的固有頻率矩陣ω_T、阻尼比矩陣ζ_T和模態振型矩陣

步驟二、對未加工的初始工件進行模態錘擊實驗，并進行實驗模態分析，得到工件的阻尼比矩陣ζ_W；

步驟三、建立未加工的初始工件的有限元模型，得到未加工的初始工件的質量矩陣M_W,0和剛度矩陣K_W,0，并對有限元模型進行計算模態分析，得到初始工件的固有頻率矩陣ω_W,0和模態振型矩陣U_W,0；

步驟四、根據步驟三得到的初始工件固有頻率矩陣ω_W,0和模態振型矩陣U_W,0，利用結構動力修改方法，計算刀具切削到第m刀具位置點處時工件的固有頻率矩陣ω_W,m和模態振型矩陣U_W,m；

步驟五、根據刀具的刀具位置點坐標和軸向切深，提取刀具-工件切削區域的點的動態位移矩陣其中中的元素是U_W,m中的元素的子矩陣；

步驟六、利用步驟一得到的刀具固有頻率矩陣ω_T、阻尼比矩陣ζ_T和模態振型矩陣步驟二得到的工件的阻尼比矩陣ζ_W，步驟四得到的加工過程中的工件的固有頻率矩陣ω_W,m，步驟五得到的加工過程中的工件的動態位移矩陣建立刀具運動到第 m刀具位置點時的刀具-工件動力學方程：

其中，Γ_T(t)、和分別為刀具的模態坐標的位移、速度和加速度向量，Γ_W(t)、和分別為工件的模態坐標的位移、速度和加速度向量，F(t)為作用在刀具- 工件切削區域的銑削力向量，t為時間；

步驟七、用數值積分方法求解步驟六動力學方程中的刀具和工件模態坐標的位移Γ_T(t)和Γ_W(t)；