[發明專利]基于預應力施加的薄壁件銑削穩定性改善方法

有效

• 申請號: 201810742122.6
• 申請日: 2018-07-09
• 公開（公告）號: CN108984891B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 張衛紅;吳志鵬;萬敏;高挺岐;張新娟
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西安飛機工業（集團）有限責任公司
• 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

本發明公開了一種基于預應力施加的薄壁件銑削穩定性改善方法，用于解決現有薄壁件銑削穩定性改善方法實用性差的技術問題。技術方案是首先通過模態錘擊實驗得出刀具與工件的模態參數并確定其模態使用階數，利用時域法計算薄壁件穩定性葉瓣圖，選定優化轉速；然后通過有限元方法計算一系列預應力下薄壁件的固有頻率，利用曲線擬合得到固有頻率和預應力之間的關系；最后，通過選定優化轉速對應的目標軸向極限切深為優化目標，掃描固有頻率，直到該轉速下軸向極限切深達到目標值時，輸出所需預應力的值。本發明在不干涉走刀路徑的前提下，利用施加相應大小的預應力，達到改善薄壁件銑削穩定性的目的，實用性好。

技術領域

本發明涉及一種薄壁件銑削穩定性改善方法，特別涉及一種基于預應力施加的薄壁件銑削穩定性改善方法。

背景技術

薄壁件由于其剛性差的特點，在銑削加工過程中容易發生顫振現象，導致零件加工精度不足，表面粗糙度大，嚴重時會損壞工件、刀具，甚至使機床主軸受損。通過穩定性葉瓣圖的繪制可合理選取切削參數規避加工顫振區域，但該方法屬于被動避振，往往不能達到預期設想，發揮機床的最佳性能。因此，發展改善薄壁件銑削穩定性的方法具有重要的理論意義與實際應用價值。

文獻“S.Bolsunovsky,V.Vermel,G.Gubanov,A.Leontiev,Reduction offlexibleworkpiece vibrations with dynamic support realized as tuned massdamper,Procedia CIRP 8(2013)230–234”公開了一種在薄壁件表面粘貼阻尼器來改善薄壁件銑削穩定性的方法。該方法通過計算不同工件頻率，調節阻尼器參數使得在薄壁件銑削過程中穩定性有所提升。

文獻公開的方法加工過程中需要在工件表面粘貼調諧阻尼器，影響刀具走刀路徑規劃，實用性差。

發明內容

為了克服現有薄壁件銑削穩定性改善方法實用性差的不足，本發明提供一種基于預應力施加的薄壁件銑削穩定性改善方法。該方法首先通過模態錘擊實驗得出刀具與工件的模態參數并確定其模態使用階數，利用時域法計算薄壁件穩定性葉瓣圖，選定優化轉速；然后通過有限元方法計算一系列預應力下薄壁件的固有頻率，利用曲線擬合得到固有頻率和預應力之間的關系；最后，通過選定優化轉速對應的目標軸向極限切深為優化目標，掃描固有頻率，直到該轉速下軸向極限切深達到目標值時，輸出所需預應力的值。本發明在不干涉走刀路徑的前提下，利用施加相應大小的預應力，達到改善薄壁件銑削穩定性的目的，實用性好。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種基于預應力施加的薄壁件銑削穩定性改善方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、將選定刀具以固定懸伸量裝夾到機床主軸，工件裝夾到裝夾裝置中，通過多點模態錘擊實驗得到刀具進給方向和法向的模態參數以及工件垂直于進給方向的模態參數，分析模態測試結果，確定刀具所需模態階數n_c，和工件所需模態階數n_w。

步驟二、通過時域法中半離散穩定性計算方法，帶入步驟一所得模態參數，繪制薄壁件穩定性葉瓣圖。

步驟三、通過步驟二得到的穩定性葉瓣圖，選取目標主軸轉速S_a，確定預期銑削軸向極限切深A_lim。

步驟四、通過有限元方法計算預應力P為0MPa，1MPa，…，21MPa時，薄壁件對應的n_w階固有頻率和模態振型。

步驟五、對步驟四得到的數據進行曲線擬合，得到薄壁件n_w階固有頻率與預應力P之間的n_w個關系式。

步驟六、掃描步驟四得到的固有頻率，計算每一個固有頻率及其對應的模態振型在選定目標主軸轉速S_a時，對應的銑削軸向極限切深a_lim，直到該軸向極限切深滿足下述公式：