[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

说明书

公开了一种基于刚度变化的铣削颤振抑制方法及铣削颤振优化系统，该方法对铣刀进行锤击模态实验，得到其模态质量，模态刚度以及模态阻尼等模态参数；通过对预定的工件材料进行铣削力系数辨识实验，得到铣削力系数；建立刚度时变铣削动力学方程；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，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。采用本方法或系统可有效抑制铣削颤振，提升铣削稳定性叶瓣图，提高加工质量和加工效率。

技术领域

本发明属于铣削加工领域，特别是一种基于刚度变化的铣削颤振抑制方法及铣削颤振优化系统。

背景技术

目前的数控加工正朝着高速化的方向发展，在高速加工环境下不但能实现高的加工效率，保持较低的切削温度延长铣刀使用寿命，同时也使得加工薄壁零件成为了可能。然而在机床高速加工过程中，存在一种严重影响加工质量和加工效率的颤振现象。颤振是在刀具和工件之间的一种自激振动，颤振的发生会造成巨大的经济损失，比如刀具磨损，工件表面质量恶化，降低加工效率等等。颤振抑制的研究可以大幅度增加刀具寿命，提高加工效率和加工质量，对实际生产加工有着重要的意义。

在以往铣削颤振抑制中，尚未发现关于通过刚度实时变化来抑制颤振的研究。通过变刚度的方法进行铣削颤振抑制，算法简单，不需要构造复杂算法，控制信号由信号发生器即可产生；实验设备简单，仅需要在原有刀柄的基础上外加一个轴承，并把作动器顶在轴承外圈即可。因此，研究通过刚度变化的方式进行铣削颤振抑制具有很大的实际应用潜力。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于刚度变化的铣削颤振抑制方法与系统，本发明通过铣削系统刚度实时变化来提高稳定性叶瓣图，从而达到铣削颤振抑制的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

本发明的一个方面，一种基于刚度变化的铣削颤振抑制方法包括以下步骤：

第一步骤中，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，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，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，x(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。