[发明专利]一种大型薄壁回转类零件铣削加工振动力学模型构建方法

说明书

本发明公开了一种大型薄壁回转类零件铣削加工振动力学模型构建方法，包括建立大型薄壁回转类零件的铣削加工振动模型和坐标系、建立大型薄壁回转类零件的振动方程，确定频率方程及主振型、确定隔板的输入激励函数、建立隔板的振动方程，确定频率方程及主振型、确定大型薄壁回转类零件、隔板、气囊系统的频率方程及主振型七个步骤。应用本发明后不仅可以调节铣削参数以最优的加工参数提高机匣加工效率，而且可以为抑制振动方法提供参数优化加工工艺，又可根据该模型构建基于有限元分析振动机理的仿真算法，为现场提供技术指导。

技术领域

本发明涉及大型薄壁回转类零件力学建模方法，具体涉及到大型薄壁回转类零件在五轴加工中心铣削加工振动力学建模领域。

背景技术

在航空航天、船舶、风电设备、石油等众多装备制造领域，存在着大量的回转类零件，其中，大型薄壁回转类零件是指在轴对称且壁厚占最大半径的比值小于1：20的零件。由于壁厚小、刚度差、抵抗变形的能力很弱，大型薄壁回转类零件在加工中很容易产生加工变形。影响大型薄壁回转类零件加工变形的因素有很多，其中有零件的材料、毛坯残余应力的释放、零件的结构特征、生产工艺以及加工设备等因素。

目前，仅有一些相关的薄壁回转类零件抑制加工振动变形的专利，没有在大型薄壁回转类零件振动力学模型的专利。公开号为CN107097086A的“力反馈式圆筒形薄壁构件加工支撑装置”，该发明主要实现夹具具有支撑结构，优化调整各夹块的夹持力大小及分布情况。而本发明是构建大型薄壁回转类零件振动力学模型。公开号为CN105300802B的“一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置及方法”，该发明主要是设计了检测应力、应变的装置。而本发明是力学模型构建方法。公开号CN101793647A的“薄壁试件周向力学性能测试方法”，该发明采用瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置测试管件的周向力学性能。而本发明的力学模型可以得到系统的振动状态。公开号CN103884557A的“一种石油天然气薄壁小直径管道力学性能试样制备方法”，该发明制备小直径力学性能试样。而本发明的模型对象是大型薄壁回转类零件。

大型薄壁回转类零件在加工中心铣削加工中抑制振动的方法有铣削参数的合理选择、较好的工艺流程、合适的铣刀、带阻尼的夹具，但在确定近似振动状态仅能通过有限元软件进行具体数值的仿真，缺少具有加工振动力学模型构建方法。针对大型薄壁回转类零件在加工中心铣削加工存在的变形问题，需要力学模型以近似描述加工振动的状态，本发明提出了一种大型薄壁回转类零件铣削加工振动力学模型构建方法。

发明内容

本发明的目的是为了近似描述大型薄壁回转类零件加工振动的状态，因此发明一种大型薄壁回转类零件铣削加工振动力学模型构建方法。为了简明的阐述本发明中提出的力学模型，用简化模型代替夹具、大型薄壁回转类零件、铣刀的具体模型。该方法具体步骤如下：

步骤一：建立大型薄壁回转类零件的铣削加工振动模型和坐标系。

在振动系统中有气囊、隔板、大型薄壁回转类零件。气囊、隔板、大型薄壁回转类零件都是空间轴向对称的零件，且径向尺寸较大。振动模型可以抽象在竖直径向截面的平面P₀上，取径向方向向内z为正。大型薄壁回转类零件处于径向最外侧，具有弹性元件的特性；隔板处于气囊与大型薄壁回转类零件间，内部具有弹性元件特性；气囊处于径向内侧，具有弹性元件和阻尼元件的特性；厚度分别为H₁、H₂、H₃。在垂直于P₀面取一小段厚度为dh的竖直且垂直于径向方向的截面P_r，在截面中取轴对称中心与此截面的焦点作为原点，建立子坐标系为极坐标系。总体的空间坐标系为柱坐标系，任一点x₀对应坐标(z₀,ρ₀,θ₀)。

步骤二：建立大型薄壁回转类零件的振动方程，确定频率方程及主振型。