[發明專利]基于動態嚙合齒數的發動機缸體頂面銑削顫振預測方法有效
| 申請號： | 201910023310.8 | 申請日： | 2019-01-10 |
| 公開（公告）號： | CN109759628B | 公開（公告）日： | 2020-06-23 |
| 發明（設計）人： | 杜世昌;范圣耀;王勇 | 申請（專利權）人： | 熹然工業智能科技（蘇州）有限公司 |
| 主分類號： | B23C3/00 | 分類號： | B23C3/00 |
| 代理公司： | 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231 | 代理人： | 滕詣迪 |
| 地址： | 215500 江蘇省蘇州市常熟高新技術*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 動態 嚙合 發動機 缸體 銑削 預測 方法 | ||
1.一種基于動態嚙合齒數分析的發動機缸體頂面銑削顫振預測方法，其特征在于，包括如下步驟：
步驟1：建立盤銑刀平面銑削過程的通用動態銑削力模型，得到動態銑削力與刀具-工件嚙合齒數之間的數學關系，即在步驟1中通過對盤銑刀刀齒刃微元體上的切削力進行分解，將同一時刻所有與工件相嚙合的刀齒刃微元上的切削分力相疊加，經過坐標變換，得到X、Y、Z三個方向的銑削力分量，該分量的大小與動態嚙合齒數成正相關；
步驟2：根據直列四缸發動機缸體的幾何結構與剛度特點，對發動機缸體模型進行簡化；由此提出三條符合實際的基本假設，便于后續推導，所述三條符合實際的基本假設分別為：發動機缸體頂面銑削由盤銑刀經過一次走刀完成銑削，且走刀路徑為缸體前端面到后端面沿中線進刀，該中線經過所有缸孔的圓心；所有刀齒都均勻分布在盤銑刀周圍，且刀齒具有相同的寬度，該寬度大于缸體頂面上的小孔尺寸；主軸轉速遠大于進給速度，盤銑刀每轉的進給量是一個微量長度，在每一周旋轉中刀具-工件嚙合齒數將會經歷一次完整的周期循環；
步驟3：將發動機缸體頂面銑削過程根據發動機缸體的物理結構特點與剛度特征劃分為多種階段，并對每種階段內的動態嚙合齒數逐一進行解析計算，得到適用于發動機缸體頂面銑削過程的動態切削力模型；所述階段劃分是按照發動機缸體的物理結構特點與剛度特征來進行分為6個階段，即階段I，階段I*，階段II*，階段II，階段III與階段IV；
其中，階段I*和階段II*為兩種特殊階段，不會同時出現，但有可能均不出現，其具體出現情況取決于判據(αe|(Lc＝L1)-Lb)的正負情況，其中ae為盤銑刀的徑向切削深度，記盤銑刀直徑為Dc，則若判據結果為正，則出現階段I*；若判據結果為零，則兩種特殊階段均不出現；若判據結果為負，則出現階段II*；該判據為判斷盤銑刀邊緣在到達最前端缸孔的時候，其徑向切削深度是否已達到缸體寬度；
根據每種階段切削弧長的變化規律，可以求解動態嚙合齒數，記盤銑刀的總刀齒數為Nc，則具體求解過程為：
當判據結果為負，且切削作用距離Lc滿足0＜Lc＜L1時，可以認為銑削過程進行到階段I，嚙合齒數可以表示為
當判據結果為正，且切削作用距離Lc滿足0＜Lc＜L1時，銑削過程由階段I過渡到階段I*，嚙合齒數可以表示為
當判據結果為負，且切削作用距離Lc滿足L1＜Lc＜L2時，銑削過程由階段I過渡到階段II*，再進入階段II，嚙合齒數可以表示為
其中，Ly1代表盤銑刀中心Oc到最前端缸孔圓心Ob1的距離，St1代表三角形OcOb1Q1的面積，記則該面積可以由求出；
當判據結果為正，且切削作用距離Lc滿足L1＜Lc＜L2時，銑削過程由階段I*進入到階段II，嚙合齒數可以表示為
注意當判據結果為零時，銑削過程直接由階段I進入階段II；
當切削作用距離Lc滿足L2＜Lc＜L3時，銑削過程進行到階段III，此時切削弧長保持恒定，嚙合齒數也相對穩定，表示為
此后發動機缸體頂面銑削過程將反復進入階段II與階段III，直到切削作用距離Lc滿足銑削過程進入階段IV，并最終完成銑削，嚙合齒數可以表示為
步驟4：基于再生顫振理論，對動態切削力作用下的加工系統進行頻率響應建模，得到發動機缸體頂面銑削過程的顫振穩定域葉瓣圖；
步驟5：根據由上述方法所獲得的顫振穩定域葉瓣圖選取合適的主軸轉速與切削深度等工藝參數進行發動機缸體的頂面銑削加工。
2.根據權利要求1所述的基于動態嚙合齒數分析的發動機缸體頂面銑削顫振預測方法，其特征在于，在步驟4中，獲得顫振穩定域葉瓣圖的方式為求解頻率響應函數的特征方程，依次得到各個臨界軸向切削深度及其對應的主軸轉速，具體為：對動態切削力激勵作用下的加工系統進行頻率響應建模，可得
其中{F(t)}代表時域下的動態銑削力，ap代表軸向切削深度，Kt代表切向切削力系數，[A0]代表時不變的方向系數矩陣，ωc代表顫振頻率，代表G(iωc)代表系統的頻率響應函數，i為虛數單位，e為自然常數,τ為每個刀齒通過的時間間隔；
式(8)存在非奇異解的充要條件為
det{[I]-Λ[G0(iωc)]}＝0 (9)
其中[I]為單位矩陣；式(9)也被稱為特征方程；通過求解該特征方程，依次得到各個臨界軸向切削深度及其對應的主軸轉速。
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