[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

本發(fā)明公開了一種薄壁件銑削過程穩(wěn)定性快速預(yù)測方法，用于解決現(xiàn)有薄壁件銑削過程穩(wěn)定性預(yù)測方法速度慢的技術(shù)問題。技術(shù)方案是利用有限元分析得到工件的單元質(zhì)量和單元剛度矩陣，組裝得到工件整體質(zhì)量和剛度矩陣。通過修改變化單元的材料系數(shù)達(dá)到結(jié)構(gòu)修改的目的，最后通過模態(tài)縮減的方法計算得到結(jié)構(gòu)修改后工件的動力學(xué)參數(shù)。由于通過模態(tài)縮減的方法快速求解工件在粘貼附加質(zhì)量塊后以及材料去除影響工件結(jié)構(gòu)后的動力學(xué)參數(shù)，并且整個過程中只需建立一次有限元模型，無需重復(fù)建模，提高了薄壁件銑削過程穩(wěn)定性預(yù)測的速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種提取工件動力學(xué)參數(shù)的方法，特別涉及一種薄壁件銑削過程穩(wěn)定性快速預(yù)測方法。

背景技術(shù)

文獻(xiàn)1“Budak E,Tunc L.T.,Alan S.,et al.Prediction of workpiecedynamics and its effects on chatter stability in milling[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology,2012,61:339-342.”公開了一種利用矩陣反演的方法來獲取工件在因材料去除結(jié)構(gòu)變化后的動力學(xué)參數(shù)；該方法首先利用實驗的方法獲取工件在初始未加工狀態(tài)下的傳遞函數(shù)，利用有限元將工件微分為單元，提取材料去除部分單元的質(zhì)量和剛度矩陣并將其帶入到工件初始狀況下的傳遞函數(shù)中，計算得到因材料去除工件結(jié)構(gòu)變化后的動力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行工件銑削過程的穩(wěn)定性預(yù)測分析。

文獻(xiàn)2“Song Q,Liu Z,Wan Y,et al.Application of Sherman-Morrison-Woodbury formulas in instantaneous dynamic of peripheral milling for thin-walled component[J].International Journal of Mechanical Sciences,2015,96-97:79-90.”公開了一種利用Sherman-Morrison-Woodbury公式來提取銑削過程中工件在不同刀具位置的動力學(xué)參數(shù)；該方法將銑削過程離散，利用實驗?zāi)B(tài)法敲擊得到工件在刀具起始位置和終止位置的動力學(xué)參數(shù)，然后通過Sherman-Morrison-Woodbury公式得到離散后的薄壁件在銑削過程中動力學(xué)參數(shù)隨著材料去除的變化規(guī)律進(jìn)而得到相應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)。進(jìn)而進(jìn)行薄壁件的銑削過程穩(wěn)定性預(yù)測。

以上文獻(xiàn)都進(jìn)行了銑削過程中因材料去除而引起工件結(jié)構(gòu)變化后工件動力學(xué)參數(shù)的獲取；但是兩者的實際操作過程中都要進(jìn)行實驗測試獲取工件的傳遞函數(shù)，并且在計算過程中因為工件質(zhì)量矩陣和剛度矩陣維度大，計算比較消耗時間，難以快速進(jìn)行銑削過程穩(wěn)定性預(yù)測。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有薄壁件銑削過程穩(wěn)定性預(yù)測方法速度慢的不足，本發(fā)明提供一種薄壁件銑削過程穩(wěn)定性快速預(yù)測方法。該方法利用有限元分析得到工件的單元質(zhì)量和單元剛度矩陣，組裝得到工件整體質(zhì)量和剛度矩陣。通過修改變化單元的材料系數(shù)達(dá)到結(jié)構(gòu)修改的目的，最后通過模態(tài)縮減的方法計算得到結(jié)構(gòu)修改后工件的動力學(xué)參數(shù)。由于通過模態(tài)縮減的方法快速求解工件在粘貼附加質(zhì)量塊后以及材料去除影響工件結(jié)構(gòu)后的動力學(xué)參數(shù)，并且整個過程中只需建立一次有限元模型，無需重復(fù)建模，提高了薄壁件銑削過程穩(wěn)定性預(yù)測的速度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種薄壁件銑削過程穩(wěn)定性快速預(yù)測方法，其特點是包括以下步驟：

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：