[发明专利]基于刚度变化的铣削颤振抑制方法及铣削颤振优化系统

权利要求书

1.一种基于刚度变化的铣削颤振抑制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

第一步骤(S1)中，首先建立坐标系，以铣刀顶部中心为原点，以进给方向为OX轴，OY轴垂直于进给方向，在铣刀刀尖处的X和Y方向分别安装加速度传感器，对铣刀进行锤击模态测试以得到X和Y方向的模态质量m_x，m_y、模态刚度k_x，k_y、模态阻尼c_x，c_y；

第二步骤(S2)中，对预定的工件材料进行铣削力系数测试以得到铣削力系数，其中，铣刀直线在压电式测力平台上直线铣削以测试不同进给速度下的铣削力，对铣削力和进给速度进行拟合得到切向切削力系数和径向切削力系数K_tc和K_rc；

第三步骤(S3)中，建立刚度时变铣削动力学方程：

其中，F_x(t)和F_y(t)分别表示X和Y方向的铣削力，其中，

其中，i表示第i个刀齿，N表示铣刀齿数，a表示轴向切削深度，f为每齿进给量，第i个刀齿的位置φ_i(t)＝2πΩ/60+(i-1)2π/N，Ω为主轴转速，时延τ＝60/N/Ω，s＝sin(φ_i(t))，c＝cos(φ_i(t))，x(t)和y(t)为铣刀当前时刻t的X和Y方向的振动位移，刀(t-T)和y(t-T)为t-T时刻的X和Y方向的振动位移，g(φ_i(t))为分段函数，其中，φ_st为铣刀刀齿切入角度，φ_ex为铣刀刀齿切出角度；

第四步骤(S4)中，各种刚度变化下的刚度时变铣削动力学方程稳定性分析，得到不同条件下的铣削稳定性叶瓣图，其中，所述刚度变化在X和/或Y方向的变化频率或幅值不同，比较所述叶瓣图，选择切削极限深度最大的作为切削参数以抑制颤振，所述刚度变化包括正弦、余弦、方波或三角波。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步骤(S1)中，在刀尖的自由端用力锤分别在X和Y方向进行敲击，通过对铣刀进行锤击模态实验测得的信号通过数据采集器进行采集、分析和运算以得到X和Y方向的模态质量m_x，m_y、模态刚度k_x，k_y、模态阻尼c_x，c_y。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第三步骤(S3)中，采用数值法、频域法或时域有限元法获得所述叶瓣图，然后，选择切削参数优化铣刀切削。

4.一种实施权利要求1-3中任一项所述方法的铣削颤振优化系统，所述铣削颤振优化系统包括铣刀部分(1)、模态参数测量部分(2)、压电式测力平台(3)和计算部分(4)，其特征在于，铣刀部分(1)包括铣刀(16)和刚度变化装置(17)，铣刀(16)经由轴承(18)连接在所述刚度变化装置(17)，刚度变化装置(17)包括连接轴承(18)外圈的作动器(19)以及发出刚度变化的信号的信号发生器(13)，模态参数测量部分(2)包括设在铣刀刀尖X和Y方向上的第一加速度传感器(5)和第二加速度传感器(6)、用于敲击铣刀刀尖的力锤(7)以及采集加速度和力锤作用力的数据采集器(8)，所述压电式测力平台(3)包括用于测量铣削力的铣削力传感器(9)和速度传感器(10)，连接所述模态参数测量部分(2)和压电式测力平台(3)的所述计算部分(4)包括用于计算模态参数的模态参数计算单元(11)、用于计算切削力系数的拟合单元(12)、用于建立刚度时变铣削动力学方程的建模模块(14)和生成叶瓣图的计算模块(15)。

5.根据权利要求4所述的铣削颤振优化系统，其特征在于：第一加速度传感器(5)和/或第二加速度传感器(6)为电阻式或电容式加速度传感器。

6.根据权利要求4所述的铣削颤振优化系统，其特征在于：模态参数计算单元(11)包括模态质量计算单元、模态刚度计算单元和模态阻尼计算单元。