[发明专利]盒型薄壁件铣削稳定性预测方法

说明书

本发明公开了一种盒型薄壁件铣削稳定性预测方法，用于解决现有薄壁件铣削稳定性预测方法预测精度低的技术问题。技术方案是首先使用模态锤击实验测量刀具的模态参数及工件的模态阻尼比；接着利用子结构模态综合法计算考虑材料去除效应的工件动力学特性；然后提取工件在不同刀具位置和不同轴向高度的动态位移；最后建立多点接触的铣削动力学模型，将之前得到的工件动力学特性代入并求解稳定性。本发明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，提高了盒型薄壁件铣削稳定性预测的精度。

技术领域

本发明涉及一种薄壁件铣削稳定性预测方法，特别涉及一种盒型薄壁件铣削稳定性预测方法。

背景技术

航空航天领域中大量使用薄壁零件，但薄壁零件高效高精度加工是制造领域中一个难题。该类零件由壁厚1.5-4mm、长厚比大于100、高厚比大于10的盒型单元组成，由于该类盒型单元壁薄、跨度大、腔槽深，铣削过程中极易发生不稳定切削，严重影响薄壁件铣削加工效率和零件质量，同时加速刀具磨损，甚至导致刀具破损。因此，准确预测薄壁件铣削过程稳定性对提高其加工效率和加工质量具有重要意义。研究表明，与常规的非薄壁零件铣削过程不同，薄壁件铣削过程中，因刀具-工件接触区域位置不同及材料去除效应引起的工件动力学特性变化对其铣削稳定性有很大的影响。而盒型薄壁零件的动力学参数因位置不同和材料去除变化非常明显，因此研究人员对盒型薄壁件铣削过程稳定性开展了大量研究工作。

文献1“J.X.Fei,B.Lin,S.Yan,X.F.Zhang,J.Lan,S.G.Dai,Chatter predictionfor milling of flexible pocket-structure,International Journal of AdvancedManufacturing Technology 89(2017)2721-2730.”公开了一种盒型薄壁件周铣稳定性预测方法；考虑了刀具沿进给方向、垂直于进给方向和工件沿刀轴方向的振动，以工件中心位置的动力学参数代替工件各个位置的动力学参数，预测了盒型薄壁件底部铣削稳定性。

文献2“K.Ahmadi,Finite strip modeling of the varying dynamics of thin-walled pocket structures during machining,International Journal of AdvancedManufacturing Technology 89(2017)2691–2699.”公开了一种盒型薄壁件铣削稳定性预测方法；使用有限条法建立了薄壁件的结构动力学模型，并与铣削过程动力学模型集成，预测盒型薄壁件铣削稳定性。

现有的盒型薄壁件铣削稳定性预测方法的主要缺点是，未同时考虑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，使工件动力学参数的获取精度降低，最终导致盒型薄壁件稳定性预测精度降低。

发明内容

为了克服现有薄壁件铣削稳定性预测方法预测精度低的不足，本发明提供一种盒型薄壁件铣削稳定性预测方法。该方法首先使用模态锤击实验测量刀具的模态参数及工件的模态阻尼比；接着利用子结构模态综合法计算考虑材料去除效应的工件动力学特性；然后提取工件在不同刀具位置和不同轴向高度的动态位移；最后建立多点接触的铣削动力学模型，将之前得到的工件动力学特性代入并求解稳定性。本发明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，提高了盒型薄壁件铣削稳定性预测的精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种盒型薄壁件铣削稳定性预测方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、将铣削过程中使用的铣刀装夹在机床主轴上，对刀具-刀柄-主轴系统进行模态锤击实验，测量得到刀具沿轴向多个点的频响函数，通过多点频响函数对刀具-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ω_t、阻尼比矩阵ζ_t和模态振型矩阵