[发明专利]一种薄壁件铣削稳定性预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及先进制造领域，特别涉及一种薄壁件铣削稳定性预测方法。

背景技术

随着我国不断融入全球化市场，制造业面临的竞争压力越来越大，高速切削技术应运而生，并已广泛应用于航空、航天、船舶、模具及汽车等领域的复杂零件制造中，薄壁件是其中典型的复杂零件，在工业领域中的应用越来越多。由于薄壁件刚性较弱，铣削过程中容易发生颤振，严重影响工件的表面质量，减少机床和刀具的使用寿命，并有可能造成机床的破坏。对铣削过程的颤振稳定性进行预测，选择合适的加工条件，可以控制颤振的发生，提高加工效率，降低加工成本，目前在进行稳定性预测时，需要通过锤击实验获取机床-主轴-刀具-工件所构成系统的模态质量、模态阻尼、模态刚度等参数，但是这些参数的获取受到工件夹持姿势、状态的影响，由于薄壁件刚性较弱，模态参数的获取往往不够准确，尤其是在锤击时试验时，普通夹具的适用性较差，不能满足实验要求，这些均大大增加了制造成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够准确获取铣削动力学系统模态参数的装置以及在利用该装置获取模态参数后提出一种预测准确、高效的基于径向基函数的薄壁件铣削稳定性预测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

技术方案一：

一种薄壁件支撑装置，其包括支撑台、第一环道、第二环道、X向滑道、设有通孔的配合扣、第一滑道、第二滑道、第三滑道、第四滑道以及用于固定支撑薄壁件的支撑机构；

所述第一环道和第二环道同心并依次设置在支撑台上，所述X向滑道设置在支撑台上并通过第一环道与第二环道的圆心，所述第一滑道与第二滑道对称设置在X向滑道两侧，所述第三滑道与第四滑道对称设置在X向滑道两侧，所述配合扣设于第一环道、第二环道与第一滑道、第二滑道、第三滑道、第四滑道的交汇处；

所述支撑机构包括上夹板、下夹板、弹簧以及支杆，所述下夹板设置在支杆上，所述上夹板通过弹簧与下夹板连接，所述支杆下端设有台肩，所述支杆通过下端台肩与配合扣连接。

技术方案二

本发明的铣削稳定性预测的方法步骤如下(利用薄壁件支撑装置)：

①将所述配合扣设置在X向滑道、第一环道、第二环道、第一滑道、第二滑道、第三滑道和第四滑道内，通过支撑装置将薄壁件沿着X轴支撑固定，进行模态实验，获得机床-主轴-刀具-工件所构成系统的模态质量、模态阻尼、模态刚度等参数；

②建立铣刀在单自由度铣削过程中的动力学方程：

其中，为常系数矩阵，为随时间周期变化的系数矩阵，x(t)表示刀具在t时刻的状态响应，ω_n表示刀尖点的固有频率，ζ表示相对阻尼，m_t表示模态质量，w表示轴向切削深度，τ表示时滞；

h(t)表示瞬时切屑厚度，其表达式为：

式(2)中，N表示铣刀的刀齿数目，K_t和K_n分别为切向和法向的切削力系数，φ_j(t)为第j刀齿的角位移，表达式为φ_j(t)＝(2πΩ/60)t+(j-1)·2π/N，窗函数g(φ_j(t))定义式为：

式(3)中，φ_st和φ_ex分别为第j刀齿的切入和切出角，当采用顺铣时，φ_st＝arccos(2a_e/D-1)，φ_ex＝π；当采用逆铣时，φ_st＝0，φ_ex＝arccos(1-2a_e/D)，a_e/D为径向浸入比，即径向切深/刀具直径的比值；

③将单自由度的铣削过程动力学方程(1)的时滞项τ平均分为m个小区间，则时间步长为其中任意一个时间小区间表示为[t_i，t_i+1]，i＝1，2，3，…m将方程(1)在时间小区间[t_i，t_i+1]上进行积分，得到

④通过构建径向基函数来拟合步骤③中式(4)的状态项x(s)、时滞状态项x(s-τ)和随时间变化的周期系数项B(s)，具体过程如下：

对于给定的已知数据点构造基函数系用来逼近函数x(t)，x(t)＝∑w_kφ(||t-t_k||)，k＝i，i+1 (5)，

选用多二次函数作为基函数：