[发明专利]薄壁件铣削过程稳定性快速预测方法

权利要求书

1.一种薄壁件铣削过程稳定性快速预测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、建立薄壁工件的有限元模型；在建立模型的过程中，分别建立去除材料、最终工件和附加质量的集合；给去除材料，最终工件集合赋予加工材料属性，给附加质量集合材料属性的密度和弹性模量赋予10^-6并给工件添加与实际加工相符合的约束与载荷后进行有限元分析，得到整体工件的固有频率并提取出各个单元的质量矩阵和刚度矩阵，最后组装得到整体工件模型，附加质量集合，去除材料集合的质量矩阵和刚度矩阵；建立多点接触的同时考虑刀具和工件变形的铣削动力学模型；将刀具和工件沿轴向各微分成q个微元，即q＝31；分别建立每个微元处的铣削动力学方程，并求出动态铣削力：

铣削系统的运动方程为：

M_W,0,0,C_W,0,0,K_W,0,0分别表示工件未加工并且没有粘贴附加质量块时的质量，阻尼，刚度矩阵；Q_W(t)是工件在物理坐标下的位移；利用转换矩阵Q_W(t)＝U_WΓ_W(t)将上式转换到模态空间得到：

Γ_w,0,0(t)是表示初始工件的模态位移的向量；ζ_w,0,0表示初始工件的阻尼比矩阵；ω_w,0,0表示初始工件固有频率的对角阵；U_w,0,0表示质量归一化后工件的模态振型；F(t)表示动态铣削力；

步骤二、假定阻尼比不变，利用锤击法模态实验提取工件的阻尼特性；通过测量工件不同点的频响函数，并对其拟合确定工件的阻尼比矩阵ζ_w,0,0；令F(t)＝0，步骤一中的公式缩减为：

步骤三、给附加质量赋予所要粘贴材料的材料属性后，得到新的动力学方程：

M_W,k,0和K_W,k,0分别是3n_W×3n_W维的工件粘贴质量块后的质量和刚度矩阵；利用转换式ψ_W,k,0＝D_W,k,0U_W,0,0，将上式的公式转化为

和是转化后的m_W×m_W维的工件粘贴质量块后的质量和刚度矩阵；求解上式得到工件的固有频率矩阵模态阵型为这时，m_W远小于3n_W；

步骤四、工件粘贴附加质量后在加工过程中，用l个刀位点将整个铣削过程等分为l-1段；工件粘贴附加质量后进行切削加工，给去除材料集合材料属性的密度和弹性模量赋予10^-6；刀具在第m，0＜m≤l个刀位点位置时的动力学方程为：

依照步骤三，刀具在第m个刀位位置时的动力学方参数固有频率矩阵

步骤五、工件在粘贴质量块后在第m个刀位点处的状态方程为：

利用步骤二、三、四得到的整体工件模型在粘贴质量块后在第m个刀位点处的各阶固有频率ω_W,k,m，模态振型U_W,k,m和工件的阻尼比矩阵ζ_w,0,0，代入步骤五中，利用半离散法分别求解刀具在工件在粘贴质量块后在第m个刀位处状态方程，得到以轴向切深a_p和主轴转速n为变量的铣削初始位置和终止位置的稳定性叶瓣图。