[发明专利]薄壁件铣削变形误差预测方法

摘要

本发明公开了一种薄壁件铣削变形误差预测方法，用于解决现有薄壁件铣削变形误差预测方法实用性差的技术问题。技术方案是利用结构动力学修改策略计算考虑材料去除效应的工件动力学特性；其次提取工件在不同刀具位置和不同轴向高度的动态位移；然后建立多点刀具工件动力学模型，将之前得到的工件动力学特性代入并利用数值积分方法求解刀具‑工件相对位移；最后利用刀具‑工件相对位移变换到刀具移动坐标系中，求解带曲面薄壁件周铣加工变形。本发明考虑了周铣曲面时刀具进给方向对加工变形的影响，同时考虑了工件动力学参数因材料去除的变化、其在不同刀具位置处的变化及其沿刀具轴向的变化，同时适用于带有平面和曲面薄壁件的周铣过程，实用性好。

主权项

一种薄壁件铣削变形误差预测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将周铣过程中使用的铣刀装夹在机床上，进行模态锤击实验，测量得到刀具沿轴向多个点的频响函数，通过频响函数对刀具‑刀柄‑主轴系统进行实验模态分析，得到刀具的固有频率矩阵ωT、阻尼比矩阵ζT和模态振型矩阵步骤二、对未加工的初始工件进行模态锤击实验，并进行实验模态分析，得到工件的阻尼比矩阵ζW；步骤三、建立未加工的初始工件的有限元模型，得到未加工的初始工件的质量矩阵MW,0和刚度矩阵KW,0，并对有限元模型进行计算模态分析，得到初始工件的固有频率矩阵ωW,0和模态振型矩阵UW,0；步骤四、根据步骤三得到的初始工件固有频率矩阵ωW,0和模态振型矩阵UW,0，利用结构动力修改方法，计算刀具切削到第m刀具位置点处时工件的固有频率矩阵ωW,m和模态振型矩阵UW,m；步骤五、根据刀具的刀具位置点坐标和轴向切深，提取刀具‑工件切削区域的点的动态位移矩阵其中中的元素是UW,m中的元素的子矩阵；步骤六、利用步骤一得到的刀具固有频率矩阵ωT、阻尼比矩阵ζT和模态振型矩阵步骤二得到的工件的阻尼比矩阵ζW，步骤四得到的加工过程中的工件的固有频率矩阵ωW,m，步骤五得到的加工过程中的工件的动态位移矩阵建立刀具运动到第m刀具位置点时的刀具‑工件动力学方程：Γ··T(t)Γ··W(t)+2ζT00ζWωT00ωW,mΓ·T(t)Γ·W(t)+ωT00ωW,m2ΓT(t)ΓW(t)=U^TT-U^W,mTF(t)]]>其中，ΓT(t)、和分别为刀具的模态坐标的位移、速度和加速度向量，ΓW(t)、和分别为工件的模态坐标的位移、速度和加速度向量，F(t)为作用在刀具‑工件切削区域的铣削力向量，t为时间；步骤七、用数值积分方法求解步骤六动力学方程中的刀具和工件模态坐标的位移ΓT(t)和ΓW(t)；步骤八、刀具‑工件相对位移向量通过下式计算：QR=U^TTΓT(t)-U^W,mTΓW(t)]]>其中，K为将刀具‑工件切触区域沿轴向等分的段数，QR,k(t)＝[xR,k(t),yR,k(t)]T为刀具‑工件切触区域沿轴向分割的第k段刀齿片处的刀具‑工件相对位移，xR,k(t)和yR,k(t)分别为在机床坐标系下沿X和Y方向第k段刀齿片处的刀具‑工件的相对位移；步骤九、工件第k段刀齿片在刀具移动坐标系下的表面误差为：其中，Rjk为第k段刀齿片处第j个刀刃的半径；θ(t)为铣刀运动到第m个刀具位置点时刀具进给方向在整体坐标系中的角位置，该角度以整体坐标系X轴为起点，逆时针旋转为正方向；φjk(t)为第k段刀齿片处第j个刀刃的位置角，通过下式计算：φjk(t)=2πn60t+θ(t)-(j-1)2πNf-tan(β0)RADzk]]>其中，n为主轴转速，Nf为刀具刀刃数，β0为刀具螺旋角，RAD为刀具名义半径，zk为第k段刀齿片的轴向高度。