[发明专利]考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法

权利要求书

1.考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立考虑螺旋角效应的变齿距铣刀切削模型，并基于再生颤振理论构建考虑螺旋角效应的变齿距-变转速铣削过程动力学方程；

S2、基于扰动再生颤振效应机理，选择铣刀齿距线性增加模型和正弦调制的主轴转速策略实现颤振抑制的主被动控制方法；

S3、求解该模型得到铣削过程稳定性叶瓣图，作为选择高效高质稳定加工参数的理论依据。

2.根据权利要求1所述的考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法，其特征在于，所述步骤S1中，动力学方程构建如下：

S1.1、将刀具-工件铣削系统简化为两自由度系统，在结构动力学框架下，铣削动力学方程可表述为如下微分方程：

其中，m_tx、ζ_x和ω_x分别为刀具系统在x方向的模态质量、阻尼比和固有频率；m_ty、ζ_y和ω_y分别为刀具系统在y方向的模态质量、阻尼比和固有频率；F_x(t)和F_y(t)分别为作用在x和y方向上的动态切削力；

S1.2、求解作用在铣刀齿上的动态切削力F_x(t)和F_y(t)

考虑铣刀螺旋角效应，则作用在刀齿上的切削力将时刻发生变化，因此将考虑螺旋角效应的铣刀沿着刀具轴向划分为n个圆盘，第j个刀齿在微单元高度dz上的径向微元切削力dF_t,j(t,z)和切向微元切削力dF_r,j(t,z)表示为：

其中K_t和K_r是切向和法向切削力系数；考虑变时滞再生效应的瞬时切削厚度h_j(t,z)表示为：

h_j(t,z)＝[x(t-τ_j(t))-x(t)]sin(φ_j(t,z))+[y(t-τ_j(t))-y(t)]cos(φ_j(t,z)) (3)

其中每齿的螺旋角变化特性引起的变化的转角φ_j(t,z)表示为：

其中Ω为主轴转速，β为刀齿螺旋角，ψ_j为第j-1齿与第j齿之间的齿距角，R为刀齿半径，N是刀齿数；

沿x和y方向所受到的微元切削力可以表示为：

然后，作用在刀具上合力可表示为：

其中窗函数g(φ_j(t,z))定义为：

其中φ_st和φ_ex分别是第j刀齿的切入和切出角；

对方程(4)的两边变量z求导得dz＝-R/tan(β)dφ，将dz、方程(2)、(3)和(5)代入方程(6)，通过方程(8)得到铣刀上的切削力：

其中：