[发明专利]高进给车削外螺纹件时变动力学模型构建方法

摘要

本发明涉及高进给车削外螺纹时变动力学模型构建方法，步骤为：步骤一、在Rayleigh梁振动理论基础上，以刀尖轨迹螺旋线方程作为积分对象，求解出刀具沿刀尖螺旋轨迹进行切削时工件应变能和动能方程；步骤二、在已建立的刀具瞬时切削力模型基础上，考虑“类再生效应”对车削大螺距螺纹件瞬态切削力的影响，修正已有瞬时切削力模型并进行数值求解；步骤三、通过振型函数描述车削螺纹件时边界条件并求解；步骤四、根据虚功原理和分离变量法建立并求解工件振动模型。本构建方法建立的大螺距外螺纹件振动方程，可以预测工件振动位移发生剧烈变化的位置，对于调整和优化大螺距螺纹件加工工艺参数具有辅助作用。

主权项

1.高进给车削外螺纹件时变动力学模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、在Rayleigh梁振动理论基础上，以刀尖轨迹螺旋线方程作为积分对象，求解出刀具沿刀尖螺旋轨迹进行切削时工件应变能和动能方程；/n步骤二、在已建立的刀具瞬时切削力模型基础上，考虑“类再生效应”对车削大螺距螺纹件瞬态切削力的影响，修正已有瞬时切削力模型并进行数值求解；/n步骤三、通过振型函数描述车削螺纹件时边界条件并求解；/n步骤四、根据虚功原理和分离变量法建立并求解工件振动模型；/n其中，步骤一工件应变能和动能方程的求解方法为：/n在以Rayleigh梁振动理论为基础，对精加工大螺距螺纹车削系统进行工件振动方程建模的过程中，在不影响研究目的的情况下，作如下设定：/n(1)设定刀具所走的螺旋轨迹路径下工件截面始终为圆截面，不考虑螺纹滚道对工件截面的影响；/n(2)设定将卡盘简化为扭转刚度固定端，顶尖简化为滑动绞支约束；/n(3)设定在刀具从切出工件到下一把刀具切入这段时间内，工件自由振动；/n(4)设定不考虑自重对工件系统的影响；/n大螺距螺纹件在切削过程中刀尖沿螺纹线轨迹进行切削，为表征出螺纹加工的时变过程，在求解大螺距螺纹件系统的动能T和应变能U时，对刀尖轨迹螺纹线进行积分，其轨迹L的理论方程为：/n /n以机床坐标系为基准，式中X(t)、Y(t)、Z(t)分别为刀尖在x、y、z三向的瞬时空间位置点，X_m为在x向起刀点的坐标值，r为刀尖点与工件轴线之间的垂直距离，P为大螺距螺纹件的螺距，t为切削加工时间，n为车床主轴旋转速度；/n在加工中做旋转运动的大螺距螺纹件受轴向移动三维切削力F_x、F_y和F_z作用，其中F_y和F_z分别导致工件在y和z方向上产生偏移量v和w；/n基于Rayleigh梁振动理论，成型车刀沿螺旋线运动轨迹进行高进给切削时螺纹件的应变能为：/n /n式中：忽略切屑的动能及其应变能，E为螺纹件弹性模量；I＝πr²/4，为截面惯性距；/n同理，成型车刀沿螺旋线运动轨迹进行高进给切削时螺纹件的动能为：/n /n式中：ρ是大螺距螺纹件密度；A＝πr²，为轴的横截面面积。/n