[发明专利]一种高速铣削稳定性快速判定方法

摘要

一种高速铣削稳定性快速判定方法，将机床整机划分为五大部分即刀齿、刀杆、刀柄、主轴和机床其它部件；将刀齿和刀杆作为一个整体和刀柄分别采用Timoshenko梁单元模型求解出其频响函数特性；将刀柄法兰和锥套、主轴和机床其它部件做为一个整体采用锤击法测出其的频响函数特性；将以上各部件的频响函数特性依次通过子结构耦合法进行合并得到机床整机频响函数特性，利用耦合得到的机床整机频响函数特性，绘制出主轴转数与轴向切深的稳定性极限图，最后为切削进行稳定性判定。本发明如加工不同零件需要，其中某个子结构改变时，只需重新计算变动过的结构频响函数，再次耦合即可得到新的结构稳定性极限图，大大提高了判断速度，适合于在线的切削参数优化。

主权项

一种高速铣削稳定性快速判定方法，其特征在于包括以下步骤：1)将机床整机划分为五大部分即刀齿、刀杆、刀柄、主轴和机床其它部件；2)称量刀具即刀齿和刀杆的质量M，再测量出刀杆的直径d1和长度l1，及刀齿的长度l2，根据刀具材料的密度ρ和公式(1)计算出刀齿的等效直径d2，将刀具等效为两段直径不同的梁单元，再采用Timoshenko梁单元模型求解出刀具的频响函数特性； M = π 4 · d 1 2 · l 1 · ρ + π 4 · d 2 2 · l 2 · ρ - - - ( 1 ) 3)采用Timoshenko梁单元模型计算刀柄法兰以下部分的频响函数特性；4)将刀柄法兰和锥套、主轴和机床其它部件作为一个整体，采用锤击法测出该整体结构的频响函数特性；5)将以上各部件的频响函数特性依次通过子结构耦合法进行合并得到机床整机频响函数特性，两结构耦合前、后的频响函数用矩阵形式表示如公式(2 3)所示，耦合关系如公式(4 7) R ij = h ij l ij n ij p ij = x i f j x i m j θ i f j θ i m j - - - ( 2 ) G ij = H ij L ij N ij P ij = X i F j X i M j Θ i F j Θ i M j - - - ( 3 ) Gaa＝Raa Rab(Rbb+Rcc) 1Rba (4)Gdd＝Rdd Rdc(Rbb+Rcc) 1Rcd (5)Gad＝Rab(Rbb+Rcc) 1Rcd (6)Gda＝Rdc(Rbb+Rcc) 1Rba (7)式中，R是耦合前各子结构的频响函数矩阵，其中h，l，n，p是各分量；x和θ分别是子结构的位移和转角；f和m分别子结构受到的力和力矩；G是耦合后系统的频响函数矩阵，其中H，L，N，P是各分量；X和Θ分别是耦合后系统的位移和转角；F和M分别是耦合后系统受到的力和力矩；i，j，a，b，c，d均为坐标系。6)利用耦合得到的机床整机频响函数特性，绘制出主轴转数与轴向切深的稳定性极限图，最后为切削进行稳定性判定。