[发明专利]一种预测模具型腔数控铣削中颤振的方法

说明书

一种预测模具型腔数控铣削中颤振的方法，本发明涉及预测模具型腔数控铣削中颤振的方法。本发明的目的是为了解决现有单一刀具路径的铣削稳定性预测方法适用性低，导致铣削颤振预测准确度低，加快刀具失效，影响模具型腔的加工质量的问题。一种预测模具型腔数控铣削中颤振的方法具体过程为：步骤一.建立刀具‑工件系统的相对传递函数；步骤二.将步骤一获得的刀具‑工件系统的相对传递函数引入三维铣削稳定性模型中，得到铣刀铣削颤振频率处的临界轴向切削深度；步骤三、基于步骤二得到的临界轴向切削深度判断模具型腔数控铣削是否发生颤振。本发明用于模具型腔数控铣削领域。

技术领域

本发明涉及预测模具型腔数控铣削中颤振的方法。

背景技术

复杂型腔模具广泛应用在汽车、航空航天、船舶和家电等行业，其一般要求有较高的加工精度和表面质量。通常在模具型腔中形状特征多变，具有不规则的尖角、圆角或钝角等大小角度不同的过渡连接和复杂变曲率型腔结构，计算机数控(CNC)铣削加工技术是这类工件的重要加工方式之一。目前计算机数控(CNC)铣削加工技术得到了很好的发展，具有金属切除率高、工件表面质量好和效率高等优点，但对于新产品或部件加工系统仍然需要长时间的试验来获取最佳加工工艺。根据生产阶段的加工条件，仍然存在着对加工结果未知的风险。此外，自适应加工误差控制和补偿系统尚未完全纳入通用数控系统，对于数控加工中心的操作仍依赖于工程师的经验和技术。目前数控铣削加工常用的一些商业软件(例如UG、MasterCAM、Power Mill等)可以进行数控编程，提供加工过程的仿真，但主要限于几何仿真。而模具型腔由于多样化的形状特征，当应用不同的刀具和不同的铣削参数时，其铣削过程刀具与工件接触特性实时变化，铣削力变化大，易发生颤振，导致工件加工质量恶化。颤振一直是数控加工过程中的一个难题，尤其是低刚度铣刀铣削加工高硬度的模具零件，在数控加工企业中很多时候仍然依赖于试切法来确定最佳铣削条件和合适的刀具，这导致企业增加了生产成本，降低了生产效率。

尽管有大量学者进行铣削稳定性研究，提出多种铣削稳定性模型，但主要研究集中在单一刀具路径的铣削稳定域生成，实际应用局限于单一刀具轨迹仿真。对于复杂变曲率型腔模具这类铣削条件连续变化的工件而言，单一刀具路径的铣削稳定性预测方法适用性低，导致铣削颤振预测准确度低，加快刀具失效，影响模具型腔的加工质量。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有单一刀具路径的铣削稳定性预测方法适用性低，导致铣削颤振预测准确度低，加快刀具失效，影响模具型腔的加工质量的问题，而提出一种预测模具型腔数控铣削中颤振的方法。

一种预测模具型腔数控铣削中颤振的方法具体过程为：

步骤一.建立刀具-工件系统的相对传递函数；

分别获取刀具子系统和工件子系统的传递函数

G_ci(jω)＝X_ci(jω)/[F_ci(jω)] (1)

G_wi(jω)＝X_wi(jω)/[F_wi(jω)] (2)

式中：F_ci(jω)和F_wi(jω)分别为刀具子系统刀尖点和工件子系统工件表面铣削点所受的力，由于刀具和工件之间的作用力大小相等、方向相反，即F_ci(jω)＝-F_wi(jω)；X_ci(jω)和X_wi(jω)分别为在F_ci(jω)和F_wi(jω)作用下产生的位移；i＝1，2，3分别表示遵循右手笛卡尔直角坐标系建立的直角坐标系的X方向、Y方向、Z方向；

由式(1)和(2)，推导出刀具-工件系统的相对传递函数：