[發明專利]基于隱式指數時程差分多步法的銑削穩定性預測方法

在審

• 申請號: 202010881385.2
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112131713A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 鄧彬;伍毅;葉拓;劉安民
• 申請（專利權）人: 湖南工學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;G06F17/11;G06F119/14
• 代理公司: 衡陽雁城專利代理事務所(普通合伙) 43231
• 代理人: 龍騰

基于隱式指數時程差分多步法的銑削穩定性預測方法，通過對銑削加工系統進行分析并建立動力學模型，然后將強迫振動階段等距劃分為若干個時間間隔，在每個時間間隔內利用隱式指數時程差分多步法去求解離散點處的離散值，得到相鄰周期上銑削系統的狀態傳遞矩陣，計算狀態傳遞矩陣的特征值，并根據Floquet理論判斷銑削系統的穩定性，提高了預測精度和計算效率，由此可以優化選取適當的工藝參數來提高加工效率和降低生產成本，具體在數控精密加工中心的高速切削過程中，利用銑削顫振穩定性葉瓣圖來選擇合理的切削參數，實現無顫振穩定切削加工，獲得更好的表面質量和加工精度。

技術領域

本發明涉及先進制造技術領域，特別涉及一種基于隱式指數時 程差分多步法的銑削穩定性預測方法。

背景技術

隨著航空、航天及車輛等機械制造領域的關鍵零部件朝著高精 度和高質量方向發展，對數控機床的性能提出了越來越嚴格的要 求。數控銑削加工作為一種最普遍且最重要的機械加工技術，具有 變形小、銑削力低、高精度和高效率等優勢，然而銑削加工過程中往往伴隨著各種振動，將會加速刀具磨損和破損，嚴重影響工件的 表面質量，極大地制約了加工精度和效率，使得機床和刀具難以發 揮其性能。通過對銑削過程中的顫振穩定域進行預測，可以幫助操 作人員選取更合理的加工參數，優化加工工藝，避免顫振發生，提 高切削效率和加工精度。為了更好抑制顫振發生，高效率、高精度 的穩定性預測方法對確定顫振穩定性邊界具有重要的意義。

目前，文獻“Jiang SL,Sun YW,Yuan XL,Liu WR.A second-order semi-discretization method for the efficient and accurate stability prediction ofmilling process.The International Journal of Advanced ManufacturingTechnology， 2017；92(1–4):583–595”中公開了一種基于二階半離散法的銑削 穩定性預測方法，該方法利用精細積分法去計算指數矩陣，提高了 計算效率，但是計算精度很差。文獻“Wu Y,You YP,Liu AM，Deng B,Liu W.An implicit exponentially fitted methodfor chatter stability prediction of milling processes.The InternationalJournal of Advanced Manufacturing Technology，2020， 106:2189–2204”公開了一種基于三步指數擬合法的銑削穩定性分 析方法，該方法具有較高的計算效率，但計算精度較低。此外,中國 專利文獻“CN106843147A”公開了一種基于Hamming公式預測銑削穩 定性方法，該方法具有較高的計算效率，但是計算精度較低。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種兼具較高計算效率和精度的基于 隱式指數時程差分多步法的銑削穩定性預測方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種基于隱式 指數時程差分多步法的銑削穩定性預測方法，包括如下步驟：

(1)、將考慮再生效應的銑削加工時滯微分動力學方程轉化為空 間狀態形式，獲得銑削系統動力學控制方程；

(2)、將強迫振動階段等距劃分為若干個時間間隔，在每個時間 間隔內利用隱式指數時程差分多步法來估計銑削系統動力學控制方 程中的狀態值；

(3)、根據步驟(2)中得到的狀態值，得出當前與上一個周期 的銑削狀態的離散動態映射關系，進而構建相鄰周期狀態之間的銑 削系統傳遞矩陣Ψ，再基于Floquet理論，計算銑削系統傳遞矩陣Ψ 的特征值，根據特征值的模判斷銑削系統的穩定性。

進一步地，還包括：步驟(4)、計算出銑削系統傳遞矩陣Ψ的 譜半徑等于1的軸向切深和主軸轉速，獲得單自由度和兩自由度銑 削系統的穩定性葉瓣圖。