[发明专利]高进给车削外螺纹件时变动力学模型构建方法

说明书

本发明涉及高进给车削外螺纹时变动力学模型构建方法，步骤为：步骤一、在Rayleigh梁振动理论基础上，以刀尖轨迹螺旋线方程作为积分对象，求解出刀具沿刀尖螺旋轨迹进行切削时工件应变能和动能方程；步骤二、在已建立的刀具瞬时切削力模型基础上，考虑“类再生效应”对车削大螺距螺纹件瞬态切削力的影响，修正已有瞬时切削力模型并进行数值求解；步骤三、通过振型函数描述车削螺纹件时边界条件并求解；步骤四、根据虚功原理和分离变量法建立并求解工件振动模型。本构建方法建立的大螺距外螺纹件振动方程，可以预测工件振动位移发生剧烈变化的位置，对于调整和优化大螺距螺纹件加工工艺参数具有辅助作用。

技术领域

本发明涉及加工过程中外螺纹件振动模型的建立方法，具体涉及一种高进给车削外螺纹件时变动力学模型建立方法。

背景技术

高进给切削在以大螺距螺杆为代表的大型装备关键零部件高效切削加工中有着广泛的应用。沿多个方向交替进行的高进给、长行程的加工过程中，工艺系统的动力学及摩擦学具有混沌特性，切削振动特性多变，左右螺纹面加工精度和表面完整性及刀具的高性能服役均难以保证，成为制约高进给切削效能大幅度提升的瓶颈。

目前已有的研究虽然建立了旋转工件在移动载荷作用下各种振动模型，但都只是将加工对象简化为光杆，螺杆加工与光杆加工有明显的区别，螺纹加工主轴旋转一圈，工作台移动一个被加工螺纹的螺距，只是沿工件的轴向距离进行建模，并不能反映出螺纹加工的实际加工路径，制约了通过已建立的振动模型对螺纹滚道加工精度和表面形貌进行分析的研究。同时，在大螺距螺纹件瞬时切削力研究中，尚未考虑由于螺纹加工需要进行轴向分层切削的工艺特点，将“类再生效应”的影响加入到切削力模型之中，并不能揭示出加工过程中发生颤振现象的本质。

鉴于高进给切削技术和螺杆、螺母装配精度要求的特殊性，在切削过程中，大螺距螺纹件系统的动态响应较一般切削方式下轴类工件的动态响应复杂。因此建立在三维移动载荷作用下，符合实际高进给车削大螺距螺纹过程的工件系统动力学模型，对于控制或减少切削加工中工件振动，保证螺纹面长行程的高品质加工，提高加工精度和表面完整性，提供了理论依据和技术支持，也为进一步探讨控制和抑制车削过程中三维移动载荷作用下大螺距螺纹件颤振提供可行性。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种高进给车削外螺纹件时变动力学模型构建方法，该构建方法符合螺纹实际加工特点，建立的大螺距外螺纹件振动方程，可以预测工件振动位移发生剧烈变化的位置，对于调整和优化大螺距螺纹件加工工艺参数具有辅助作用。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

高进给车削外螺纹件时变动力学模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在Rayleigh梁振动理论基础上，以刀尖轨迹螺旋线方程作为积分对象，求解出刀具沿刀尖螺旋轨迹进行切削时工件应变能和动能方程；

步骤二、在已建立的刀具瞬时切削力模型基础上，考虑“类再生效应”对车削大螺距螺纹件瞬态切削力的影响，修正已有瞬时切削力模型并进行数值求解；

步骤三、通过振型函数描述车削螺纹件时边界条件并求解；

步骤四、根据虚功原理和分离变量法建立并求解工件振动模型。

进一步的：步骤一工件应变能和动能方程的求解方法为：

在以Rayleigh梁振动理论为基础，对精加工大螺距螺纹车削系统进行工件振动方程建模的过程中，在不影响研究目的的情况下，作如下假设：

(1)假定刀具所走的螺旋轨迹路径下工件截面始终为圆截面，不考虑螺纹滚道对工件截面的影响；

(2)假定将卡盘简化为扭转刚度固定端，顶尖简化为滑动绞支约束；