[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

本發明提供了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，包括：針對盤銑刀動態特性，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；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，并提出三條符合實際的基本假設，便于后續推導；將發動機缸體頂面銑削過程劃分為多種階段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；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；本發明保證加工質量的同時提升了加工效率，延長機床與刀具的使用壽命。

技術領域

本發明涉及發動機缸體表面加工，具體地，涉及一種基于動態嚙合齒數分析的發動機缸體頂面銑削的顫振預測方法。

背景技術

發動機缸體是發動機的核心部件之一，其關鍵表面的加工精度將直接影響著汽車發動機的性能，其中，發動機缸體頂面作為與發動機缸蓋的接合面，其銑削質量將直接影響發動機的密封性。在發動機缸體頂面的銑削加工過程中，由于機床主軸-刀具-工件系統自身具有一定的剛度與動態響應特性，在刀具和工件相互嚙合而產生的動態銑削力作用下，加工系統會出現一定程度的振動響應。刀具每旋轉一周過程中系統的動態響應由上一周帶來的振動所激發和維持，這種動態響應通常被稱為自激振動，當自激振動達到某些特定的頻率，振動的幅值將會劇烈增加，即出現顫振。顫振會使切削過程中出現刀具跳動、材料去除不均等后果，將嚴重降低發動機缸體頂面的銑削質量，并且嚴重影響加工機床與刀具的使用壽命。通過分析刀齒-工件嚙合狀態，對發動機缸體頂面銑削工序進行動力學建模，從而預測顫振穩定性，得到穩定域葉瓣圖，并以此選擇最優工藝參數，保證缸體頂面加工質量，是提高發動機產品性能與生產效率的重要一環。

經過對現有技術文獻的檢索發現，農勝隆等在論文“薄壁件銑削系統加工穩定性分析”(《機械強度》2018年第40卷第6期，1419-1424頁)中，通過建立主軸-刀具-工件整體系統連續梁模型，并從中提取刀具與薄壁工件端部的等效質量和等效剛度特性，以此分析不同工件尺寸情況下動態銑削力模型與銑削系統穩定性的變化規律。該方法較好地考慮了薄壁類零件的幾何尺寸對銑削系統穩定性的影響，然而發動機缸體屬于典型的局部薄壁類零件，相比傳統的薄壁零件具有更加復雜的幾何結構與剛度特征，該方法僅適用于相對簡單的薄壁類零件的銑削加工。另外，該方法雖然考慮了主軸-刀具-工件這一整體加工系統的動態特性，但忽略了銑削力產生的根本源頭，即刀齒與工件之間相互嚙合，產生擠壓、摩擦和材料去除等一系列物理過程，缺乏對動態銑削力模型本質的探究與改進，從而不能有效地適用于發動機缸體頂面銑削的顫振預測與工藝參數優化。

進一步檢索發現，孟祥忠在論文“基于穩定域葉瓣圖的加工中心銑削參數優化”(《組合機床與自動化加工技術》2018年第9期，136-143頁)中，以某柴油發動機缸體精基準定位面的銑削加工工序為對象，針對加工后表面振痕明顯、加工精度不足等問題，介紹了一種基于穩定域葉瓣圖的加工中心銑削參數優化方法，通過模態錘擊實驗和銑削力仿真實驗，獲取加工中心的特征參數和銑削力系數，進而構建銑削穩定域葉瓣圖。該方法為發動機缸體表面銑削加工提供了一種基于實驗與仿真的穩定域葉瓣圖構建與加工參數優化技術，然而該方法依舊忽略了刀齒與工件之間復雜的動態嚙合情況，模型推導主要依賴于實驗與仿真，沒有從力學機理角度去考慮刀具與工件間相互作用的動態變化對動態銑削力模型的影響，因而得到的穩定域葉瓣圖對于工藝參數優化與表面加工質量改進具有一定的局限性。

發明內容

1、本發明的目的

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于動態嚙合齒數分析的發動機缸體頂面銑削的顫振預測方法。

2、本發明所采用的技術方案

本發明公開了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，包括如下步驟：