[发明专利]薄壁件铣削颤振抑制方法

摘要

本发明公开了一种薄壁件铣削颤振抑制方法，用于解决现有铣削稳定性预测方法实用性差的技术问题。技术方案是通过附加质量对薄壁零件动力学参数的局部修改，建立一种高效的加工工艺方法来提高铣削加工的稳定域，为薄壁件高速铣削加工提供可靠的参数选择范围；最终利用优化算法选取可以实现无颤振、高效率的加工参数，实现薄壁件的高速无颤振铣削加工。本发明通过对薄壁零件动力学参数的局部修改，建立一种高效的加工工艺方法来提高铣削加工的稳定域，较好的解决了工件起始和终止位置两端刚性差，稳定域范围小，严重制约铣削过程加工参数的选取的问题；为薄壁件高速铣削加工提供可靠的参数选择范围，实现了薄壁件的高速无颤振铣削加工，实用性好。

主权项

一种薄壁件铣削颤振抑制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、建立多点接触的同时考虑刀具和工件变形的铣削动力学模型；铣削系统的运动方程为：Γ··t(t)Γ··wp(t)+2ξtωn,t002ξwpωn,wpΓ·t(t)Γ·wp(t)+ω2n,t00ω2n,wpΓt(t)Γwp(t)=UtTUwpTF(t)]]>并求出动态铣削力:F(t)=dF1(t)dF2(t)...dFq(t)]]>其中，Γt(t)是表示刀具的模态位移的向量；Γwp(t)是表示工件的模态位移的向量；ζt表示刀具阻尼比的对角矩阵，ζwp表示工件阻尼比的对角矩阵；ωt表示刀具固有频率的对角阵；ωwp表示工件固有频率的对角阵；Ut表示质量归一化后刀具的模态振型，Uwp表示质量归一化后工件的模态振型；q表示将刀具与工件沿轴向微分所用的节点数；F(t)表示在每个接触点处铣削力组成的矩阵；步骤二、将选定的铣刀安装到机床主轴后，采用多点敲击试验法和线性插值的方法测定刀具进给方向和垂直于进给方向的模态参数；ζm,t,x，ζm,t,y表示第m阶的阻尼比；ωm,t,x，ωm,t,y表示第m阶的系统固有频率；Um,t,x，Um,t,y是q×1维的矩阵，表示系统质量归一化的第m阶的模态振型；步骤三、建立薄壁工件的有限元模型；在建立模型的过程中，分别建立去除材料，最终工件，附加质量的集合；给模型赋予相应的材料属性并给工件添加与实际加工相符合的约束与载荷后进行有限元分析，得到整体工件的固有频率并提取出各个单元的质量矩阵和刚度矩阵，最后组装得到整体工件模型和附加质量的质量矩阵和刚度矩阵,进而得到整体工件模型的各阶固有频率ωwp和模态振型Uwp；步骤四、假定阻尼比不变，利用锤击法模态实验提取工件的阻尼特性；通过测量工件不同点的频响函数，并对其拟合确定工件的阻尼比矩阵ζwp；步骤五、利用步骤二测试得到的模态参数和步骤三、四得到的整体工件模型的各阶固有频率ωwp，模态振型Uwp和工件的阻尼比矩阵ζwp，代入步骤一中，利用半离散法分别求解刀具在铣削初始位置和终止位置的状态方程，得到以轴向切深ap和主轴转速n为变量的铣削初始位置和终止位置的稳定性叶瓣图；步骤六、以材料去除率MRR最大为目标函数，MRR＝ap×ae×n×N×f；ap表示轴向切深，ae表示径向切深，n表示主轴转速，N表示刀具刀齿数，f表示每齿进给量；在铣削过程中径向切深ae，刀具刀齿数N，每齿进给量f事先已经确定；以轴向切深ap和主轴转速n变量，分别以步骤五中得到的铣削初始位置和终止位置的稳定性叶瓣图为约束，设定种群大小、随机种子产生概率、变异概率、交叉概率和遗传代数参数，利用遗传算法分别得到优化的铣削初始位置和终止位置轴向切深ap和主轴转速n；选取初始位置和终止位置对应的ap中的最小的为所选择的加工参数；步骤七、修改材料属性中材料密度ρ和杨氏模量E来改变附加质量的质量矩阵和刚度矩阵，利用田口法正交试验修改材料属性中材料密度ρ和杨氏模量E来改变附加质量的质量矩阵和刚度矩阵，然后再组装得到修改后的工件的动力学参数；将新的动力学参数代入步骤五中，得到与正交试验对应的稳定性叶瓣图；通过步骤六，得到与田口法正交实验对应的MRR及与之对应的轴向切深ap和主轴转速n；最后通过对田口试验得到的数据进行分析，选择得到能够使MRR最大的最优附加质量组合及与之对应的轴向切深ap和主轴转速n。