[發(fā)明專利]一種鋁合金薄壁構(gòu)件耦合加工穩(wěn)定性控制方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010558875.9 | 申請日： | 2020-06-18 |
| 公開（公告）號： | CN111597661B | 公開（公告）日： | 2022-05-17 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 秦國華;婁維達;王華敏;侯源君;孫士平 | 申請（專利權(quán)）人： | 南昌航空大學 |
| 主分類號： | G06F30/17 | 分類號： | G06F30/17;G06F30/20;G06F30/23;G06F119/14;G06F119/18 |
| 代理公司： | 南昌市平凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122 | 代理人： | 張文杰 |
| 地址： | 330063 江*** | 國省代碼： | 江西;36 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 鋁合金 薄壁 構(gòu)件 耦合 加工 穩(wěn)定性 控制 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種鋁合金薄壁構(gòu)件耦合加工穩(wěn)定性控制方法，將鋁合金粉末鋪于工作臺，用激光器對選區(qū)進行激光燒結(jié)；按“鋪粉—燒結(jié)”環(huán)節(jié)，循環(huán)十次；使用有限元方法獲取燒結(jié)后金屬片以及機床系統(tǒng)的動力學參數(shù)；建立考慮再生效應(yīng)的狀態(tài)空間形式的銑削動力學微分方程，將一個周期內(nèi)的連續(xù)時間
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及薄壁構(gòu)件的表面加工技術(shù)，特別涉及一種鋁合金薄壁構(gòu)件激光增材制造-精密銑削加工耦合加工穩(wěn)定性控制方法。
背景技術(shù)
鋁合金由于其良好的材料力學性能被廣泛應(yīng)用于航空航天制造業(yè)，而具有復(fù)雜形狀的鋁合金薄壁構(gòu)件制備是先進制造技術(shù)領(lǐng)域的一個熱點和難點。切削加工是從毛坯上切除多余的材料而形成最終零件的方法，包括車、銑、鉆、刨、磨等。傳統(tǒng)的以銑削為代表的減材制造其材料利用率低，加工效率低；增材制造的原理是通過材料的不斷疊加而形成零件，而單純的增材制造難以保證增材制造過程的表面質(zhì)量。因此，在鋁合金薄壁構(gòu)件制造過程中采用“激光增材制造-精密銑削加工”耦合成型來獲得高質(zhì)量、高精度的零件的方法受到廣泛關(guān)注。而在對激光燒結(jié)后的材料表面進行銑削時，由于激光燒結(jié)后形成的金屬薄片具有壁薄，剛性差等特點，在銑削時極易發(fā)生切削顫振，嚴重影響金屬薄片表面加工質(zhì)量，極易造成報廢。對于傳統(tǒng)的機床顫振問題，國內(nèi)外眾多學者對其產(chǎn)生機理與預(yù)測方案進行了較為深入的研究，但對于激光燒結(jié)后形成的金屬薄片的精密銑削振動問題尚未見系統(tǒng)研究。
傳統(tǒng)的解決方案是以經(jīng)驗法和試錯法為主的降低切削用量法，主要是降低軸向切削深度，調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速。但此類做法是以犧牲加工效率來獲得加工質(zhì)量的方法，限制了生產(chǎn)效率。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決鋁合金薄壁構(gòu)件激光增材制造與高速銑削耦合加工過程中表面加工振動問題，本發(fā)明提供一種鋁合金薄壁構(gòu)件耦合加工穩(wěn)定性控制方法，將Cotes數(shù)值積分計算銑削穩(wěn)定性的方法應(yīng)用于解決鋁合金薄壁構(gòu)件激光增材制造與高速銑削耦合加工過程中，獲得無顫振條件下的最佳切削用量組合來確保金屬薄片表面銑削過程的穩(wěn)定性，解決表面加工振動問題，最終實現(xiàn)復(fù)雜鋁合金薄壁構(gòu)件的精確快速成型。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的。一種鋁合金薄壁構(gòu)件耦合加工穩(wěn)定性控制方法，其步驟如下：
步驟一：首先使用鋪粉裝置通過滾輪將鋁合金粉末均勻地鋪撒在工作臺上，工作臺與升降臺聯(lián)動可以上下移動，并控制鋪粉厚度等于工藝設(shè)計層厚；
步驟二：升降臺帶動工作臺下降，滾輪退回，工作臺上升至鋪粉高度，由激光器發(fā)生激光束對金屬粉末選區(qū)進行激光燒結(jié)得到金屬薄片；
步驟三：按“鋪粉—燒結(jié)”環(huán)節(jié)，循環(huán)十次；
步驟四：使用有限元方法獲取燒結(jié)后金屬片以及機床系統(tǒng)的動力學參數(shù)；
步驟五：建立考慮再生效應(yīng)的狀態(tài)空間形式的銑削動力學微分方程：
具體步驟如下：
S01:首先考慮再生效應(yīng)的n個自由度的銑削動力學微分方程可以表述為：
其中，M、C和K為刀具系統(tǒng)的n個自由度的模態(tài)質(zhì)量矩陣、模態(tài)阻尼矩陣和模態(tài)剛度矩陣，q(t)是刀具n個自由度的振動位移矢量，Kc(t)為系統(tǒng)所受動態(tài)銑削力矩陣，t為連續(xù)時間，T為單個刀齒切削周期，ap是軸向切削深度；
S02:令方程(1)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間形式：
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