[发明专利]薄壁件铣削过程阻尼建模方法

说明书

本发明涉及一种适用于薄壁零件铣削过程、同时考虑两个正交方向振动效应的过程阻尼建模方法。该方法首先将两个方向振动的影响同时考虑进去计算每一刀刃微元所对应的动态切削力矩阵和过程阻尼矩阵；然后将各个刀刃微元的动态切削力矩阵和过程阻尼矩阵进行组合，计算出作用在整个刀具‑工件系统上的动态切削力矩阵和过程阻尼矩阵；然后利用所得到的动态切削力矩阵和过程阻尼矩阵建立刀具‑工件系统铣削动力学控制方程，对方程进行稳定性求解，即可绘制考虑薄壁件铣削过程阻尼效应的稳定性叶瓣图。

技术领域

本发明属于机电技术领域，涉及一种铣削过程阻尼建模方法，具体涉及一种适用于薄壁零件铣削过程中的过程阻尼建模方法。

背景技术

经典过程阻尼模型认为过程阻尼产生的原因是由于刀具刀尖圆弧及后刀面压入工件材料，并与工件进行挤压与摩擦作用而产生的。对于刚性很好的非薄壁零件，上述犁切模型可以很好地对过程阻尼进行建模。对于薄壁零件，由于工件刚性差，在加工过程中工件极易发生形变来抵抗刀具的作用；此时刀具刀尖圆弧及后刀面很难压入工件材料并产生强烈的挤压与摩擦效应，经典犁切理论不再适用。因此，寻找适用于薄壁件铣削过程阻尼的建模方法具有重要理论及工程应用价值。

文献“T.G.Molnar,T.Insperger,D.Bachrathy,G.Stepan,Extension of processdamping to milling with low radial immersion,International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology 89(2017)2545–2556”公开了一种考虑振动效应的铣削过程阻尼建模方法。该方法将进给方向上刀具-工件系统的振动对切屑厚度、切削力的影响考虑进去建立铣削过程阻尼模型，并在大径向切深的铣削过程中得到过程阻尼可提高稳定性的结论，而在小径向切深中得到过程阻尼降低稳定性与实验相悖的结论。

上述参考文献的典型特点是：在对过程阻尼建模过程中仅考虑进给方向振动情况，忽略了进给法向的振动效应。而薄壁零件铣削过程中，进给法向会产生剧烈的振动现象，并严重影响动态铣削中的过程阻尼行为。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有方法在对薄壁件过程阻尼建模过程中仅考虑进给方向振动情况，而忽略进给法向的振动效应，无法正确对小径向切深铣削过程阻尼进行合理建模的缺陷，本发明提出一种适用于薄壁零件铣削过程、同时考虑两个正交方向振动效应的过程阻尼建模方法。该方法首先将两个方向振动的影响同时考虑进去计算每一刀刃微元所对应的动态切削力矩阵和过程阻尼矩阵；然后将各个刀刃微元的动态切削力矩阵和过程阻尼矩阵进行组合，计算出作用在整个刀具-工件系统上的动态切削力矩阵和过程阻尼矩阵；然后利用所得到的动态切削力矩阵和过程阻尼矩阵建立刀具-工件系统铣削动力学控制方程，对方程进行稳定性求解，即可绘制考虑薄壁件铣削过程阻尼效应的稳定性叶瓣图。

技术方案

本发明提供的薄壁件铣削过程阻尼建模方法能将进给方向和进给法向刀具-工件系统振动效应同时考虑进去，对小径向切深下薄壁件铣削过程阻尼进行建模。

一种薄壁件铣削过程阻尼建模方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：计算切削力系数：

式中τ_s是剪切应力，φ_n是剪切角，β_n是法向摩擦角，α_n是法向前角，β是铣刀螺旋角，η是切屑流动角，K_r、K_t分别为径向、切向切削力系数，α_n、β为刀具参数，通过测量铣刀几何参数得到；φ_n、β_n和τ_s参照直角切削参数库中公开的切削数据确定；