[發(fā)明專利]銑削碳纖維層合板的顫振穩(wěn)定性預(yù)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(shè)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(qiáng);李玲;王偉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海復(fù)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

本發(fā)明提供了一種銑削碳纖維層合板顫振穩(wěn)定性預(yù)測方法，首先采用平均銑削力法，通過線性擬合不同進(jìn)給量銑削實(shí)驗(yàn)獲得銑削力，識別碳纖維層合板的銑削力系數(shù)，然后基于再生顫振理論，采用金剛石涂層平頭立銑刀，建立銑削碳纖維層合板動力學(xué)模型，最后通過錘擊實(shí)驗(yàn)獲得的刀具模態(tài)參數(shù)作為初始條件，在頻域上求解銑削動力學(xué)微分方程，得到關(guān)于主軸速度和軸向切深的加工參數(shù)關(guān)系的銑削穩(wěn)定性判定準(zhǔn)則。依據(jù)此方法能合理選擇加工參數(shù)，有效地避免銑削加工的振動，提高工件表面質(zhì)量，減少刀具磨損，優(yōu)化碳纖維復(fù)合材料銑削加工工藝方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料機(jī)加工領(lǐng)域，具體地，涉及一種銑削碳纖維層合板的顫振穩(wěn)定性預(yù)測方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料制品以其特有得高強(qiáng)度、高模量、質(zhì)量輕等優(yōu)良特性，以在航空航天、汽車、電子電氣、健身器材等許多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，最具代表性的復(fù)合材料包括玻璃纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料、芳綸纖維復(fù)合材料以及韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料等，這些制品成型后大都需要進(jìn)行機(jī)械加工來獲得所需的尺寸精度，但由于復(fù)合材料具有硬度高、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性差、各向異性等特點(diǎn)，在加工過程中易產(chǎn)生分層、撕裂、毛刺、拉絲、崩塊等缺陷，會導(dǎo)致產(chǎn)品力學(xué)及使用性能降低，屬于典型的難加工材料。在實(shí)際加工過程中顫振是不良加工的普遍現(xiàn)象，也是影響工件加工精度的主要因素，顫振不僅影響工件的表面質(zhì)量，而且能加速刀具的磨損，甚至?xí)绊憴C(jī)床的壽命。目前實(shí)際生產(chǎn)中，對于碳纖維結(jié)構(gòu)件的銑削參數(shù)的選擇，還是停留在憑經(jīng)驗(yàn)，并沒有把避免加工過程中產(chǎn)生振動作為選擇銑削參數(shù)的參考條件，因此把加工金屬材料的顫振理論拓展應(yīng)用到碳纖維復(fù)合材料，顯得尤為必要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種銑削碳纖維層合板的顫振穩(wěn)定性預(yù)測方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種銑削碳纖維層合板的顫振穩(wěn)定性預(yù)測方法，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)雍习澹圆煌倪M(jìn)給量進(jìn)行銑削實(shí)驗(yàn)；

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(jìn)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(shí)驗(yàn)獲得銑刀刀尖點(diǎn)的頻響函數(shù)，從銑刀刀尖點(diǎn)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(xué)模型；

步驟6：利用頻域法求解動力學(xué)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(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，軸向切深為縱坐標(biāo)的穩(wěn)定性葉瓣圖；

步驟8：對穩(wěn)定性葉瓣圖進(jìn)行銑削加工穩(wěn)定性預(yù)測，在葉瓣圖等高線以上區(qū)域的點(diǎn)對應(yīng)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(diǎn)對應(yīng)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。

優(yōu)選地，所述步驟1包括：設(shè)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+θifβ≥180thenβ＝mod(β,180)。