[发明专利]一种预测高速主轴系统切削稳定性区域的方法

说明书

技术领域

本发明属于高速机床电主轴系统切削稳定性的研究领域，具体涉及一种获取不同转速下主轴切削稳定性图的方法。

背景技术

高速数控切削加工广泛应用于航空、航天、汽车、模具制造等行业，而主轴系统切削稳定性直接影响产品的加工精度和切削系统的使用寿命，切削加工参数的选择直接影响机床效率的发挥，而避免颤振又是切削参数必须考虑的关键因素。因此，对主轴系统切削加工进行颤振稳定性区域预测，选择稳定区内的参数进行切削是避免颤振最有效的手段。

通常通过模态锤击实验获得刀尖点的频响函数，但实验法分析结果存在误差，并且通用性较差，针对每一条件都要进行试验和仿真，不仅精度上不能满足要求，而且比较费时。还有就是通过理论方法，分析主轴系统的动力学特性，推导激励下主轴刀尖点的频响函数，仿真计算切削稳定性区域，但是不同预紧力，不同转速下轴承和主轴的动态特性将会发生变化，即不同转速对应不同主轴刀尖点的频响函数。所以通过静止状态主轴刀尖点的频响函数分析切削稳定特性并不符合实际工作条件，没有考虑到转速对刀尖点频响函数的影响。

发明内容

本发明的目的在于，提出在设置转速下得出对应的频响函数并绘制切削稳定性lobe图，提取对应转速的极限切身点，依次循环，集合所有点绘制新的在不同转速下的切削稳定性图。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种预测高速主轴系统切削稳定性区域的方法，该方法在高速主轴系统动力学建模的理论研究之上，提出一种获取主轴系统切削稳定性图的新方法。方法包活如下具体步骤：

步骤1：计算轴承刚度

高速电主轴多采用高速精密角接触球轴承作为支撑轴承，而轴承动力学特性特别是轴承的刚度对电主轴动力学特性有重要的影响。本发明高速电主轴单元中的角接触球轴承采用5自由度接触受力模型，考虑轴承外圈固定不动，外圈沟道的曲率中心不变，内圈相对外圈的位移为Δδ＝(Δδ_x,Δδ_y,Δδ_z,Δγ_y,Δγ_z)，轴承在高速旋转过程中，滚珠与轴承内、外圈发生接触变形，符合赫兹基础理论。接触力和接触变形的关系如下：

Qik=Kiδik3/2Qok=Koδok3/2]]>

其中，Q_ik,Q_ok分别为第k个滚珠与内圈沟道、外圈沟道的接触力，K_i,K_o为接触变形—负荷系数，δ_ik、δ_ok为第k个滚珠与内、外滚道的接触变形。

滚珠中心与内圈曲率中心发生变化，其变形几何相容平衡方程为：