[发明专利]一种铝合金薄壁构件耦合加工稳定性控制方法

权利要求书

1.一种铝合金薄壁构件耦合加工稳定性控制方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤一：首先使用铺粉装置通过滚轮将铝合金粉末均匀地铺撒在工作台上，工作台与升降台联动可以上下移动，并控制铺粉厚度等于工艺设计层厚；

步骤二：升降台带动工作台下降，滚轮退回，工作台上升至铺粉高度，由激光器发生激光束对金属粉末选区进行激光烧结得到金属薄片；

步骤三：按“铺粉—烧结”环节，循环十次；

步骤四：使用有限元方法获取烧结后金属片以及机床系统的动力学参数；

步骤五：建立考虑再生效应的状态空间形式的铣削动力学微分方程：

具体步骤如下：

S01:首先考虑再生效应的n个自由度的铣削动力学微分方程可以表述为：

其中，M、C和K为刀具系统的n个自由度的模态质量矩阵、模态阻尼矩阵和模态刚度矩阵，q(t)是刀具n个自由度的振动位移矢量，K_c(t)为系统所受动态铣削力矩阵，t为连续时间，T为单个刀齿切削周期，a_p是轴向切削深度；

S02:令方程(1)转换为状态空间形式：

其中：

步骤六：将一个周期内的连续时间t表示为离散的时间节点：

t_i＝t₀+t_f+(i-1)τ； (3)

式(3)中，i＝1,2,...,m,m+1，t₀为开始切削时刻，t_f自由振动时间段，τ为离散间隔长度,m为单个周期离散数；

步骤七：计算在区间[t_i,t_i+1]内的方程(2)表达式：

其具体步骤如下：

S03:将状态方程的a_pB(t)[x(t)-x(t-T)]看作齐次方程的非齐次项，s为计算过程中的积分因子，则可以将方程(2)表示为如下形式：

S04:根据式(4)可知，当t_i≤t≤t_i+1时，可以得到在区间[t_i,t_i+1]内的表达式如下：

步骤八：计算关于状态项x₁，x₂和x₃的等式：

具体步骤如下：

S05:当刀具不切削的时刻，即在时间段t_f内，此时B(s)为0，方程(5)退化为

S06:为了公式表示的简洁性，下文统一使用x_i代替x(t_i)，x_i-T代替x(t_i-T)，B_i代替B(t_i)，B_i-T代替B(t_i-T)；

S07:在t₁＝t₀+t_f时刻，由式(3)和(5)可以得到以下关于状态项x₁的等式：

S08:在离散点t₂处，状态项x₂可以表示为：

S09:由梯形求积公式，可以得到状态项x₂的近似表达公式：

S10:移项整理后，分离出状态项和时滞项如下式：

S11:类似地，在离散点t₃处，状态项x₃可以得到：

S12:由Simpson求积公式，可以得到x₃的近似表达式为：

S13:同样，分离状态项和时滞项可得到：

步骤九：计算关于状态项x₄的等式

S14:与S11步骤类似，在离散点t₄处，状态项x₄可以得到：

S15:由Newton求积公式，分离状态项和时滞项可以得到：

步骤十：计算第t₅到t_m+1点的求积公式：

其中：

具体步骤如下：

S16:第t₅到t_m+1点的求积公式可表示为：

其中，i＝1,2,…,m-3；

S17:由Cotes求积公式，分离状态项和时滞项可以得到：

步骤十一：得到系统在一个周期内的状态转移矩阵，表示为F_IM＝G^-1H，

其中，

具体步骤如下：

S18:联立式(6)、(9)、(12)、(14)和(16)得到如下离散映射：

Gy_m+1＝Hy_m+1-T； (17)

S19:系统在一个周期内的状态转移矩阵表示为：

F_IM＝G^-1H； (18)

步骤十二：计算状态转移矩阵F_IM的特征值，通过判断特征值的模的大小来判断稳定性，具体公式为：

最终以主轴转速为横坐标，轴向切深为纵坐标进行绘图；

步骤十三：依据步骤十二计算结果结合机床实际情况得到最合适的铣削参数组合对烧结后的表面进行高速铣削；选择铣削加工参数时在曲线下方稳定区域选择对应的主轴转速和轴向切深进行铣削加工，即可获得无颤振切削情况；在曲线上方不稳定区域选择主轴转速和轴向切深进行铣削加工，则会发生切削颤振；

步骤十四：重复步骤一到步骤十三直至零件加工制造完毕。