[发明专利]基于薄壁件的铣削颤振稳定性预测的并行频域方法

权利要求书

1.一种基于薄壁件的铣削颤振稳定性预测的并行频域方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、把加工过程划分成几个阶段，通过模态实验获取在各个阶段的开始时刻的刀具的模态参数与薄壁件的模态参数；

S2、通过传递函数模型与各个阶段的开始时刻的刀具的模态参数与薄壁件的模态参数，建立各个加工阶段的传递函数；

S3、通过传递函数，建立薄壁件铣削过程在频域上的运动微分方程；

S4、根据并行计算理论，求解薄壁件铣削过程在频域上的运动微分方程，得出不同铣刀主轴转速下的薄壁件铣削的颤振稳定性临界轴向切深；

S5、根据一个加工阶段的主轴转速与临界轴向切深绘制颤振稳定性叶瓣图，根据所有加工阶段的颤振稳定性叶瓣图绘制三维颤振稳定性叶瓣图。

2.根据权利要求1所述的一种基于薄壁件的铣削颤振稳定性预测的并行频域方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下步骤：

S11、把加工过程划分成几个阶段；

S12、对各个阶段的不同薄壁件形状进行模态实验；

S13、根据模态实验数据计算各个阶段的开始时刻的刀具的模态参数与薄壁件的模态参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于薄壁件的铣削颤振稳定性预测的并行频域方法，其特征在于：所述步骤S2中传递函数模型通过以下步骤建立：

A1、使用振动学理论，建立薄壁件铣削过程中的动力学模型；

A2、通过分析各种铣削方式，建立薄壁件铣削过程中铣削位移的通用模型和铣削力的通用模型；

A3、通过铣削位移的通用模型和铣削力的通用模型，建立薄壁件铣削过程中的传递函数模型；

A4、通过传递函数模型与各个加工阶段的模态数据，建立各个加工阶段的传递函数。

4.根据权利要求1所述的一种基于薄壁件的铣削颤振稳定性预测的并行频域方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下步骤：

S31、建立单模态系统铣削过程在时域上的运动微分方程；

S32、将时域上的运动微分方程变换到频域；

S33、根据传递函数和步骤S32得到的在频域上的运动微分方程，得到薄壁件铣削过程在频域上的运动微分方程。

5.根据权利要求1所述的一种基于薄壁件的铣削颤振稳定性预测的并行频域方法，其特征在于：所述并行计算理论为把扫描主轴转速的过程分片，每一个分片线程并行独立计算，得到转速——临界轴向切深数据元组，最后同步线程，将每一片的转速——临界轴向切深数据元组组合起来，形成全部的转速——临界轴向切深数据元组。

6.根据权利要求5所述的一种基于薄壁件的铣削颤振稳定性预测的并行频域方法，其特征在于：所述每一个分片线程的计算步骤如下：

S41、初始化主轴转速，令主轴转速n等于初始转速值n_begin；

S42、判断总体终止条件，如果主轴转速n等于终止转速值n_end，计算结束，否则，执行步骤S43；

S43、初始化扫描频率，令扫描频率ω等于初始扫描频率ω_begin；

S44、判断频率扫描终止条件，如果扫描频率ω等于终止扫描频率ω_end，执行步骤S45，否则，执行步骤S46；

S45、增加主轴转速，把主轴转速n加上一个转速步长Δn，然后，执行步骤S42；

S46、计算伪特征值并保存，将薄壁件铣削过程在频域上的运动微分方程展开，根据ω_c＝ω，计算展开式中的一组伪特征值λ的值λ₁，λ₂，λ₃，…λ_i，…存入一个栈λ_stack；

S47、逐个提取λ_stack的栈顶元素，赋值给λ_temp，然后栈顶元素弹栈；

S48、计算候选临界轴向切深a_lim，并逐个判别，如果a_lim的虚部为零，执行步骤S49，否则，执行步骤S410；

S49、存储合格临界轴向切深，把a_lim存入栈a_stack，执行步骤S410；

S410、判断是否所有伪特征值均处理完，如果λ_stack为空，执行步骤S411，否则，执行步骤S47；

S411、判断是否存在合格临界轴向切深，如果a_stack为空，执行步骤S413，否则，执行步骤S412；

S412、在合格临界轴向切深集合中筛选最苛刻值，把a_stack中最小的正元素记录为主轴转速n下的临界颤振稳定性轴向切深，执行步骤S413；

S413、增加扫描频率，把扫描频率ω加上一个频率步长Δω，然后，执行步骤S44。