[發明專利]一種機床切削非線性穩定性與顫振過程繪制方法有效

申請號：	202011552335.6	申請日：	2020-12-24
公開（公告）號：	CN112733074B	公開（公告）日：	2022-11-04
發明（設計）人：	勾建;陳四杰;劉菲	申請（專利權）人：	中國航空工業集團公司金城南京機電液壓工程研究中心
主分類號：	G06F17/13	分類號：	G06F17/13;G06F30/20
代理公司：	中國航空專利中心 11008	代理人：	杜永保
地址：	211106 江蘇省南京***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種機床切削非線性穩定性過程繪制方法
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【說明書】：

本發明屬于機床切削技術領域，公開了一種機床切削非線性穩定性與顫振過程繪制方法，將獲得的機床刀具參數，包括自由頻率、刀具固有頻率以及阻尼等參數，構建遲滯微分方程，描述切削加工的時滯反饋系統；利用數值方法求解該遲滯微分方程，選取要觀察的時間區間，獲取該時間區間內的求解得到的遲滯微分方程位移和速度數據對，建立數組；在上一步驟中得到的位移和速度數據數組，選取滿足位移為0和速度大于0條件的數組，并構建新的數組；用散點圖繪制新的數組；迭代循環不同的時滯項。本專利提供的方法，可以分析各種切削加工非線性顫振過程，通過改變參數觀察機床加工穩定性與顫振過程的演變，本發明也適用于其他可以用遲滯微分方程描述的系統。

技術領域

本發明屬于機床切削技術領域，涉及一種機床切削的穩定性和顫振過程分析方法，具體涉及一種機床切削非線性穩定性與顫振過程繪制方法。

背景技術

高速金屬切削加工在20世紀20年代出現在制造業中，但是直到最近20年才發展成為實際可用的技術。這些技術使航空工業制造徹底變革，但是由于刀具與材料的特性，以及機器的動力特征，在其它工業領域的應用仍然受到限制。其中，影響機器加工性能的最關鍵因素就是顫振——發生在加工工件與切削刀具之間的強烈的自激振動。顫振不但降低了切削過程的生產率，而且導致了工件糟糕的切削表面，降低了尺寸的準確性，增大了刀具的磨損率。結果導致了嘈雜的工作場所，同時降低了刀具的使用壽命。為了滿足當今的市場需求，工廠努力采用可靠的實際的策略去評估、抑制并最終阻止顫振的發生。伴隨著機械工業對高精確度、可配置和高速加工系統的要求越來越高，這些策略是也變得越來越重要。

在金屬切削的過程中，再生效應是發生顫振的重要原因。顫振導致被加工工件表面達不到工業標準，還會造成刀具的嚴重磨損。眾多學者建立了遲滯微分方程數學模型用以描述這樣的振動。對常系數的遲滯微分方程進行線性穩定性分析，可以畫出穩定性區域圖，圖中包括許多穩定性瓣，穩定性圖描述了穩定與失穩區域的邊界。

本發明根據金屬切削顫振分析要求，設計一種程序方法可以對常系數的遲滯微分方程進行線性穩定性分析，可以畫出穩定性區域圖。

發明內容

本發明的目的：設計一種程序方法可以對常系數的遲滯微分方程進行線性穩定性分析，可以畫出穩定性區域圖，找出不同穩定性瓣曲線的交點，它們代表了在加工環境下的局部最適條件。在有限的鄰近切削速度下，它們代表了最大可能的穩定切削厚度，或者材料切除率。

本發明的技術方案：

一種機床切削非線性穩定性與顫振過程繪制方法，用于機床切削運動中，參數變化時捕捉切削非線性穩定性和顫振演變過程，具體步驟如下，

步驟一，采集機床刀具參數，獲得刀具質量、彈簧剛度系數和阻尼系數等參數，按振動理論換算成刀具的固有圓頻率、阻尼和自由振動頻率等參數；

步驟二，構建描述刀具時滯反饋系統的遲滯微分方程，

步驟三，選取要觀察的時間區間，將該時間區間分段，利用數值方法求解時滯微分方程在該時間區間下所有的位移和速度數組；

步驟四，篩選步驟三得到的位移和速度數組中，滿足位移為0和速度大于0的數組，將這些數組構建新的數組；

步驟五,用散點圖繪制步驟四得到的數組；

步驟六，選取下一時滯值，繼續求解遲滯微分方程，重復步驟二到步驟五，整合所有散點圖得到穩定性區域圖。