[發明專利]一種超聲振動輔助加工中刀具穩定性控制方法

有效

• 申請號: 201910171258.0
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN109894923B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 丁撼;陳雪林;唐進元
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 伍傳松

本發明公開了一種超聲振動輔助加工中刀具穩定性控制方法，包括如下步驟：S1、獲取超聲振動輔助加工的切削力系數，通過加工測試，獲得不同條件下的切削力系數k_t(A,ω₁,h)；S2、獲得切削加工穩定區域：通過切削力系數k_t(A,ω₁,h)以及超聲振動輔助加工動力方程進行計算分析獲得切削加工穩定區域；S3、根據切削加工穩定區域調整加工參數以使得切削加工處于穩定狀態。本發明通過對切削加工的分析計算獲得其切削加工的穩定區域，并根據其穩定區域去調整其切削加工的參數，以使得切削加工在穩定區域內進行加工，提高切削加工的穩定性和切削效率。

技術領域

本發明涉及一種機床加工控制方法，特別是涉及一種超聲振動輔助加工中刀具穩定性控制方法。

背景技術

目前，由于超聲振動輔助加工方法能夠顯著降低了切削力，提高了工件表面質量；超聲振動輔助加工使的切削過程中形成由固定的加工時間及非加工加工的周期，并循環，減少了工件與刀具的接觸時間，避免了粘刀，增加了切削刃的散熱面積及時間，降低了切削刃的溫度，延長了刀具的使用壽命。現代工業中為滿足使用高溫高壓反復運轉等惡劣的工況要求，通常采用鎳基合金、鈦合金，這類材料具有高強度、難切削、切削傳熱性能差等特點，極易造成切削中的顫刀，這均限制了其切削加工效率及加工質量。超聲振動輔助加工中與傳統加工方法相比，能夠限制降低切削力，降低刀具的磨損，在一定的切削力約束條件下能夠提高切削效率。綜上所屬，超聲振動輔助加工能夠顯著提高切削加工效率，降低刀具磨損，但是由于過大的切削深度造成了自激振動，造成了加工中刀具的不穩定性，縮短了刀具壽命，嚴重影響了加工效率。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題。為此，本發明提出一種穩定性良好的超聲振動輔助加工中刀具穩定性控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種超聲振動輔助加工中刀具穩定性控制方法，S1、獲取超聲振動輔助加工的切削力系數，通過加工測試，獲得不同條件下的切削力系數k_t(A,ω₁,h)；S2、獲得切削加工穩定區域：通過切削力系數k_t(A,ω₁,h)以及超聲振動輔助加工動力方程進行計算分析獲得切削加工穩定區域；S3、根據切削加工穩定區域調整加工參數以使得切削加工處于穩定狀態。

進一步，所述切削加工穩定區域的計算過程如下：通過刀具的模態實驗，獲得刀具的模態參數，并通過超聲振動輔助加工動力方程計算得到刀具的位移x(t)，將x(t)進行拉普拉斯變換獲得X(s)；將實際切削深度h(t)進行拉普拉斯變換獲得拉普拉斯形式的切削深度h(s)；將切削力F_f(t)進行拉普拉斯變換獲得F_f(s)，獲得結構傳遞函數φ(s)，并得到閉環傳遞函數的特征方程的根；獲得特征方程的根處于臨界穩定狀態時的解，并求得臨界切削深度a_lim，重復上述步驟，獲得不同切削速度下的a_lim，獲得切削加工穩定區域。

進一步，所述超聲振動輔助加工動力方程為

其中x(t)為刀具的位移，ξ為阻尼系數，ω_n為固有頻率，b為切削寬度，k_f為刀具模態剛度。

進一步，所述φ(s)按照如下計算過程獲得：切削力F_f(t)經過拉普拉斯變換后獲得F_f(s)＝k_t(A,w₁,h)h(s)b；

而h(s)為h(t)經過拉普拉斯變換之后獲得，表達式為

h(s)＝h₀-x(s)+e^-sT·x(s)，T＝1/n；