[發(fā)明專利]薄壁件銑削過程穩(wěn)定性快速預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710499643.9
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107423489B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張衛(wèi)紅;萬敏;黨學(xué)斌;楊昀;高挺岐
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種薄壁件銑削過程穩(wěn)定性快速預(yù)測方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、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、最終工件和附加質(zhì)量的集合；給去除材料，最終工件集合賦予加工材料屬性，給附加質(zhì)量集合材料屬性的密度和彈性模量賦予10^-6并給工件添加與實際加工相符合的約束與載荷后進(jìn)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(zhì)量矩陣和剛度矩陣，最后組裝得到整體工件模型，附加質(zhì)量集合，去除材料集合的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣；建立多點接觸的同時考慮刀具和工件變形的銑削動力學(xué)模型；將刀具和工件沿軸向各微分成q個微元，即q＝31；分別建立每個微元處的銑削動力學(xué)方程，并求出動態(tài)銑削力：

銑削系統(tǒng)的運動方程為：

M_W,0,0,C_W,0,0,K_W,0,0分別表示工件未加工并且沒有粘貼附加質(zhì)量塊時的質(zhì)量，阻尼，剛度矩陣；Q_W(t)是工件在物理坐標(biāo)下的位移；利用轉(zhuǎn)換矩陣Q_W(t)＝U_WΓ_W(t)將上式轉(zhuǎn)換到模態(tài)空間得到：

Γ_w,0,0(t)是表示初始工件的模態(tài)位移的向量；ζ_w,0,0表示初始工件的阻尼比矩陣；ω_w,0,0表示初始工件固有頻率的對角陣；U_w,0,0表示質(zhì)量歸一化后工件的模態(tài)振型；F(t)表示動態(tài)銑削力；

步驟二、假定阻尼比不變，利用錘擊法模態(tài)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(shù)，并對其擬合確定工件的阻尼比矩陣ζ_w,0,0；令F(t)＝0，步驟一中的公式縮減為：

步驟三、給附加質(zhì)量賦予所要粘貼材料的材料屬性后，得到新的動力學(xué)方程：

M_W,k,0和K_W,k,0分別是3n_W×3n_W維的工件粘貼質(zhì)量塊后的質(zhì)量和剛度矩陣；利用轉(zhuǎn)換式ψ_W,k,0＝D_W,k,0U_W,0,0，將上式的公式轉(zhuǎn)化為

和是轉(zhuǎn)化后的m_W×m_W維的工件粘貼質(zhì)量塊后的質(zhì)量和剛度矩陣；求解上式得到工件的固有頻率矩陣模態(tài)陣型為這時，m_W遠(yuǎn)小于3n_W；

步驟四、工件粘貼附加質(zhì)量后在加工過程中，用l個刀位點將整個銑削過程等分為l-1段；工件粘貼附加質(zhì)量后進(jìn)行切削加工，給去除材料集合材料屬性的密度和彈性模量賦予10^-6；刀具在第m，0＜m≤l個刀位點位置時的動力學(xué)方程為：

依照步驟三，刀具在第m個刀位位置時的動力學(xué)方參數(shù)固有頻率矩陣

步驟五、工件在粘貼質(zhì)量塊后在第m個刀位點處的狀態(tài)方程為：

利用步驟二、三、四得到的整體工件模型在粘貼質(zhì)量塊后在第m個刀位點處的各階固有頻率ω_W,k,m，模態(tài)振型U_W,k,m和工件的阻尼比矩陣ζ_w,0,0，代入步驟五中，利用半離散法分別求解刀具在工件在粘貼質(zhì)量塊后在第m個刀位處狀態(tài)方程，得到以軸向切深a_p和主軸轉(zhuǎn)速n為變量的銑削初始位置和終止位置的穩(wěn)定性葉瓣圖。