[發(fā)明專利]銑削碳纖維層合板的顫振穩(wěn)定性預測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711271399.7
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN107914183B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 劉寶光;李宗周;沈輝;張娟娟;錢志英;張永康;孫彤;魏海旭;邱保強;李玲;王偉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海復合材料科技有限公司
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

1.一種銑削碳纖維層合板的顫振穩(wěn)定性預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：在銑床上采用立銑刀分別對不同纖維角度的單向?qū)雍习?，以不同的進給量進行銑削實驗；

步驟2：通過測量儀測量不同纖維角度的單向?qū)雍习逶诓煌M給量下的銑削力，利用平均銑削力，采用線性擬合識別不同纖維角度下銑削單向?qū)雍习宓你娤髁ο禂?shù)；

步驟3：根據(jù)疊加原理對單一纖維角度的單向?qū)雍习宓你娤髁ο禂?shù)求和平均獲得多向?qū)雍习宓你娤髁ο禂?shù)；

步驟4：利用錘擊實驗獲得銑刀刀尖點的頻響函數(shù)，從銑刀刀尖點的位移頻響函數(shù)中分析得到主模態(tài)參數(shù)，所述主模態(tài)參數(shù)包括刀具的一二階固有頻率、阻尼以及剛度；

步驟5：通過多向?qū)雍习宓那邢髁ο禂?shù)，建立基于銑削再生顫振原理的銑削層合板動力學模型；

步驟6：利用頻域法求解動力學模型的微分方程，得到主軸轉(zhuǎn)速與軸向極限切深的關(guān)系；

步驟7：利用Matlab數(shù)值仿真出以機床主軸轉(zhuǎn)速為橫坐標，軸向切深為縱坐標的穩(wěn)定性葉瓣圖；

步驟8：對穩(wěn)定性葉瓣圖進行銑削加工穩(wěn)定性預測，在葉瓣圖等高線以上區(qū)域的點對應的主軸轉(zhuǎn)速和切削深度加工參數(shù)下，加工時不發(fā)生顫振，在葉瓣圖等高線以下區(qū)域的點對應的主軸轉(zhuǎn)速和切削深度加工參數(shù)下，加工時會發(fā)生顫振；

所述步驟5包括：

所述銑削層合板動力學模型為：

其中，m＝k/ω²為振動系統(tǒng)的等效質(zhì)量，ω為固有頻率，為振動系統(tǒng)等效阻尼(N·s/m)，k為振動系統(tǒng)等效剛度，x(t)為立銑刀刀具的動態(tài)位移，ξ表示阻尼系數(shù)；

所述步驟6包括：

利用頻域法求解動力學模型的微分方程，所述動力學模型的動態(tài)表達式：

其中ΔF_(t)為動態(tài)銑學力，K_t為步驟3所述的多向?qū)雍习邈娤髁ο禂?shù)，A₀為平均銑削力方向系數(shù)矩陣，Δu_(t)為刀具系統(tǒng)的振動位移；a_p表示立銑刀銑削時的軸向切深；

基于建立的動力學模型，假設銑削層合板的顫振頻率ω_c，由其引起在X和Y方向的振動位移Δx和Δy用諧波函數(shù)在頻域內(nèi)表示為：

其中，Δu_(t)＝[Δx Δy]^T；τ為立銑刀刀具的旋轉(zhuǎn)周期；t為某一時刻；為立銑刀刀具和層合板接觸區(qū)域的傳遞函數(shù)矩陣；為接觸區(qū)域X方向的直接傳遞函數(shù)；為接觸區(qū)域Y方向的直接傳遞函數(shù)；為交叉函數(shù)；a為立銑刀刀具的軸向切深；i為復數(shù)，為平均切削力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銑削碳纖維層合板的顫振穩(wěn)定性預測方法，其特征在于，所述步驟1包括：設定立銑刀的旋轉(zhuǎn)角度為φ，單向?qū)雍习宓睦w維方向角為θ，纖維切削角為β，則：

β＝φ+θ當β≥180時，β＝mod(β，180)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銑削碳纖維層合板的顫振穩(wěn)定性預測方法，其特征在于，所述步驟2包括：測得所述銑削力為F，則銑削力F在X方向銑削分力為F_x；在Y方向的銑削分力F_y；在Z方向的切削分力相對F_x和F_y忽略不計；銑削力F在立銑刀刀具的徑向方向上的徑向力為F_r；銑削力F在立銑刀刀具的切向方向上的切向力為則立銑刀刀具的切向力F_t和徑向力F_r能夠通過F_x和F_y經(jīng)過轉(zhuǎn)換矩陣轉(zhuǎn)換得到，具體為：

其中：表示徑向力方向相對于Y方向的偏移角度。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銑削碳纖維層合板的顫振穩(wěn)定性預測方法，其特征在于，所述平均銑削力包括平均徑向銑削力和平均切向銑削力其中：

其中：a_p表示立銑刀銑削時的軸向切深；f表示進給量；φ_s表示刀具切入角；φ_e表示刀具切出角；K_rc和K_re表示徑向切削力系數(shù)；K_tc和K_te表示切向切削力系數(shù)。