[发明专利]薄壁件铣削过程稳定性快速预测方法

说明书

本发明公开了一种薄壁件铣削过程稳定性快速预测方法，用于解决现有薄壁件铣削过程稳定性预测方法速度慢的技术问题。技术方案是利用有限元分析得到工件的单元质量和单元刚度矩阵，组装得到工件整体质量和刚度矩阵。通过修改变化单元的材料系数达到结构修改的目的，最后通过模态缩减的方法计算得到结构修改后工件的动力学参数。由于通过模态缩减的方法快速求解工件在粘贴附加质量块后以及材料去除影响工件结构后的动力学参数，并且整个过程中只需建立一次有限元模型，无需重复建模，提高了薄壁件铣削过程稳定性预测的速度。

技术领域

本发明涉及一种提取工件动力学参数的方法，特别涉及一种薄壁件铣削过程稳定性快速预测方法。

背景技术

文献1“Budak E,Tunc L.T.,Alan S.,et al.Prediction of workpiecedynamics and its effects on chatter stability in milling[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology,2012,61:339-342.”公开了一种利用矩阵反演的方法来获取工件在因材料去除结构变化后的动力学参数；该方法首先利用实验的方法获取工件在初始未加工状态下的传递函数，利用有限元将工件微分为单元，提取材料去除部分单元的质量和刚度矩阵并将其带入到工件初始状况下的传递函数中，计算得到因材料去除工件结构变化后的动力学参数，进而进行工件铣削过程的稳定性预测分析。

文献2“Song Q,Liu Z,Wan Y,et al.Application of Sherman-Morrison-Woodbury formulas in instantaneous dynamic of peripheral milling for thin-walled component[J].International Journal of Mechanical Sciences,2015,96-97:79-90.”公开了一种利用Sherman-Morrison-Woodbury公式来提取铣削过程中工件在不同刀具位置的动力学参数；该方法将铣削过程离散，利用实验模态法敲击得到工件在刀具起始位置和终止位置的动力学参数，然后通过Sherman-Morrison-Woodbury公式得到离散后的薄壁件在铣削过程中动力学参数随着材料去除的变化规律进而得到相应的动力学参数。进而进行薄壁件的铣削过程稳定性预测。

以上文献都进行了铣削过程中因材料去除而引起工件结构变化后工件动力学参数的获取；但是两者的实际操作过程中都要进行实验测试获取工件的传递函数，并且在计算过程中因为工件质量矩阵和刚度矩阵维度大，计算比较消耗时间，难以快速进行铣削过程稳定性预测。

发明内容

为了克服现有薄壁件铣削过程稳定性预测方法速度慢的不足，本发明提供一种薄壁件铣削过程稳定性快速预测方法。该方法利用有限元分析得到工件的单元质量和单元刚度矩阵，组装得到工件整体质量和刚度矩阵。通过修改变化单元的材料系数达到结构修改的目的，最后通过模态缩减的方法计算得到结构修改后工件的动力学参数。由于通过模态缩减的方法快速求解工件在粘贴附加质量块后以及材料去除影响工件结构后的动力学参数，并且整个过程中只需建立一次有限元模型，无需重复建模，提高了薄壁件铣削过程稳定性预测的速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种薄壁件铣削过程稳定性快速预测方法，其特点是包括以下步骤：

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：