一種平面切削過程的顫振穩(wěn)定域建模方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于仿真計(jì)算分析與模態(tài)測試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種平面切削過程的顫振穩(wěn)定域建模方法。在了解材料各種特性參數(shù)后，計(jì)算機(jī)模擬仿真機(jī)械加工切削過程，并計(jì)算其加工過程中的切削力及分析出相對應(yīng)的切削系數(shù)。在得出切削系數(shù)后，利用模態(tài)實(shí)驗(yàn)，對機(jī)床主軸刀具系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)測試，分析出機(jī)床主軸刀具系統(tǒng)模態(tài)特性參數(shù)，包括多階固有頻率，阻尼比，動剛度等。根據(jù)顫振切削理論，結(jié)合切削系數(shù)與系統(tǒng)特性參數(shù)，利用計(jì)算機(jī)匯編程序，畫出穩(wěn)定性葉瓣圖，用來選擇合理切削參數(shù)，避開顫振區(qū)，提高加工精度及質(zhì)量，保護(hù)機(jī)床系統(tǒng)。
【專利說明】一種平面切削過程的顫振穩(wěn)定域建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于仿真計(jì)算分析與模態(tài)測試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種平面切削過程的顫振穩(wěn)定域建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]制造業(yè)是我們國家經(jīng)濟(jì)增長的支柱產(chǎn)業(yè)，作為一個(gè)比較傳統(tǒng)的領(lǐng)域，它目前已經(jīng)建立了比較系統(tǒng)的理論體系，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，機(jī)械制造業(yè)面臨著新的挑戰(zhàn)，迫使機(jī)械制造技術(shù)正在朝自動化、柔性化、精密化、信息化和智能化方向發(fā)展。切削加工是應(yīng)用最廣泛的加工方式，隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，對切削加工的穩(wěn)定性、可靠性提出更高的要求。在實(shí)際切削加工中，加工系統(tǒng)顫振和刀具失效是影響切削加工效率、精度、質(zhì)量以及穩(wěn)定性和可靠性的重要因素。近年來加工制造高精度、高質(zhì)量的零件成為難題。因此，在切削加工過程中選取合適的切削參數(shù)對于提高加工精度及質(zhì)量具有重大的意義。
[0003]在機(jī)械加工中，除了切削運(yùn)動以外，有時(shí)還會在刀具與被切削材料表面之間產(chǎn)生相對振動，這種切削振動會對機(jī)械加工系統(tǒng)帶來不良影響，導(dǎo)致加工精度、表面質(zhì)量及系統(tǒng)可靠性的降低。其中最嚴(yán)重的自激振動是在切削過程中，在無周期性外部激振力的作用下由于加工系統(tǒng)本身特征所引起的一種切削振動，通常將這種切削振動稱為顫振。切削系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，在切削過程中，切屑的厚度隨切削時(shí)間變化而變化，其切削力也與切屑厚度、機(jī)床系統(tǒng)的固有特性成正比，因此刀具與加工工件之間除正常的切削運(yùn)動外，還會產(chǎn)生一種十分強(qiáng)烈的相對振動，這種切削振動將會導(dǎo)致切削過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定切肖|J。切削顫振是發(fā)生在切削過程中一種強(qiáng)烈的自激振動。如果在切削中不能有效抑制不穩(wěn)定顫振，那么將會影響零部件的加工質(zhì)量，同時(shí)將加劇刀具的磨損。所以為了提高機(jī)床的精度和效率，對切削系統(tǒng)進(jìn)行切削顫振穩(wěn)定性分析，避免發(fā)生顫振，這對提高生產(chǎn)效率，提高零部件加工質(zhì)量，降低刀具磨損具有非常重要的意義，這也是國內(nèi)外研究者研究的焦點(diǎn)。`
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明提供一種平面切削過程的顫振穩(wěn)定域建模方法，所要解決的技術(shù)問題是精確仿真切削過程并計(jì)算切削系數(shù)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種平面切削過程的顫振穩(wěn)定域建模方法，包括以下步驟:
[0007]構(gòu)建二自由度的切削系統(tǒng)，僅考慮X，y方向的動力因素，則:
【權(quán)利要求】
1.一種平面切削過程的顫振穩(wěn)定域建模方法，對給定的機(jī)床-刀具-工件系統(tǒng)，通過顫振頻率、銑刀齒數(shù)、刀具切削系數(shù)、切削系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)，計(jì)算出軸向臨界切深和相對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)而構(gòu)建出顫振穩(wěn)定性葉瓣圖，完成顫振穩(wěn)定域建模；其特征在于 由ZOA解析法得臨界軸向切深為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顫振穩(wěn)定域建模方法，其特征在于，所述的切削系數(shù)Kt。的計(jì)算過程如下: 通過仿真機(jī)械加工切削過程，計(jì)算加工過程中的切削力，分析數(shù)據(jù)，最后得到切削系數(shù)；在切削有限元仿真中，選擇切屑分離準(zhǔn)則:物理準(zhǔn)則和幾何準(zhǔn)則；失效應(yīng)力準(zhǔn)表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顫振穩(wěn)定域建模方法，其特征在于，所述的特征頻率ω。獲取過程是:通過模態(tài)試驗(yàn)，采用多次激勵(lì)然后求取平均值，并從多方向測試器不同的多階模態(tài)，最后通過FFT及模態(tài)擬合，分析所對應(yīng)的各種特征參數(shù)，包括多階特征頻率，分析數(shù)據(jù)結(jié)果而得。
【文檔編號】G06F17/50GK103823945SQ201410093527
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】李宏坤, 趙鵬仕, 叢明, 羅孟然 申請人:大連理工大學(xué), 大連新宇理工科技開發(fā)中心有限公司