[发明专利]薄壁件铣削过程稳定性快速预测方法

摘要

本发明公开了一种薄壁件铣削过程稳定性快速预测方法，用于解决现有薄壁件铣削过程稳定性预测方法速度慢的技术问题。技术方案是利用有限元分析得到工件的单元质量和单元刚度矩阵，组装得到工件整体质量和刚度矩阵。通过修改变化单元的材料系数达到结构修改的目的，最后通过模态缩减的方法计算得到结构修改后工件的动力学参数。由于通过模态缩减的方法快速求解工件在粘贴附加质量块后以及材料去除影响工件结构后的动力学参数，并且整个过程中只需建立一次有限元模型，无需重复建模，提高了薄壁件铣削过程稳定性预测的速度。

主权项

1.一种薄壁件铣削过程稳定性快速预测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、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、最终工件和附加质量的集合；给去除材料，最终工件集合赋予加工材料属性，给附加质量集合材料属性的密度和弹性模量赋予10^‑6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，附加质量集合，去除材料集合的质量矩阵和刚度矩阵；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；将刀具和工件沿轴向各微分成q个微元，即q＝31；分别建立每个微元处的铣削动力学方程，并求出动态铣削力：铣削系统的运动方程为：M_W,0,0,C_W,0,0,K_W,0,0分别表示工件未加工并且没有粘贴附加质量块时的质量，阻尼，刚度矩阵；Q_W(t)是工件在物理坐标下的位移；利用转换矩阵Q_W(t)＝U_WΓ_W(t)将上式转换到模态空间得到：Γ_w,0,0(t)是表示初始工件的模态位移的向量；ζ_w,0,0表示初始工件的阻尼比矩阵；ω_w,0,0表示初始工件固有频率的对角阵；U_w,0,0表示质量归一化后工件的模态振型；F(t)表示动态铣削力；步骤二、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ζ_w,0,0；令F(t)＝0，步骤一中的公式缩减为：步骤三、给附加质量赋予所要粘贴材料的材料属性后，得到新的动力学方程：M_W,k,0和K_W,k,0分别是3n_W×3n_W维的工件粘贴质量块后的质量和刚度矩阵；利用转换式ψ_W,k,0＝D_W,k,0U_W,0,0，将上式的公式转化为和是转化后的m_W×m_W维的工件粘贴质量块后的质量和刚度矩阵；求解上式得到工件的固有频率矩阵模态阵型为这时，m_W远小于3n_W；步骤四、工件粘贴附加质量后在加工过程中，用l个刀位点将整个铣削过程等分为l‑1段；工件粘贴附加质量后进行切削加工，给去除材料集合材料属性的密度和弹性模量赋予10^‑6；刀具在第m，0＜m≤l个刀位点位置时的动力学方程为：依照步骤三，刀具在第m个刀位位置时的动力学方参数固有频率矩阵步骤五、工件在粘贴质量块后在第m个刀位点处的状态方程为：利用步骤二、三、四得到的整体工件模型在粘贴质量块后在第m个刀位点处的各阶固有频率ω_W,k,m，模态振型U_W,k,m和工件的阻尼比矩阵ζ_w,0,0，代入步骤五中，利用半离散法分别求解刀具在工件在粘贴质量块后在第m个刀位处状态方程，得到以轴向切深a_p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。