[发明专利]用于大型弱刚性薄壁异形构件铣削加工的稳定域预测方法

说明书

本发明涉及先进制造领域，具体涉及一种用于大型弱刚性薄壁异形构件铣削加工的稳定域预测方法。将刀齿周期分为自由振动段和强迫振动段，然后运用拉格朗日和埃尔米特数值积分法将强迫振动阶段等分成若干个离散间从而得到铣削系统的传递矩阵，最后通过Floquet理论判定铣削系统传递矩阵的特征值获得大型弱刚性薄壁异形构件动态铣削系统的稳定性叶瓣图。同时在获得稳定性叶瓣图的过程中，引入精细积分方法计算指数矩阵，而不是直接计算指数矩阵，减少了指数矩阵计算过程中的矩阵求逆，克服传统数值求解法不能同时兼顾计算精度和计算效率的弊端。

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，尤其涉及对用于大型弱刚性薄壁异形构件铣削加工的稳定域预测方法。

背景技术

大型薄壁异形构件由于有重量轻、强度高、动力性能好等优点，被广泛应用于航空航天、能源、交通等高端装备制造领域，如飞机大梁、长桁、整体壁板以及发动机整体叶盘和叶片等。但是，由于这些构件还具有空间尺寸大、结构形式复杂、壁薄刚度弱、难加工材料多、材料去除率高等特点，其切削加工工艺性差，在加工过程中易发生颤振，降低加工质量以及加工效率。因此，实现大型弱刚性薄壁异形构件铣削稳定性预测对有效抑制铣削颤振和实现工艺参数优化等方面具有重要意义。目前许多研究人员已对大型弱刚性薄壁异形构件的变形问题进行建模定量分析，已有的文献主要集中在三个方面：考虑工件变形的模型，考虑刀具变形的模型和同时考虑刀具和工件变形的模型。但是仅考虑工件变形的模型，其只适用于刀具刚度远大于工件刚度的情况，然而在实际的加工过程中，通常使用大长径比的刀具，这会造成铣削加工过程中工艺系统的弱刚性与输入的强激励之间的矛盾，刀具容易发生颤振，可能会加速刀具的磨损和破损，甚至会损坏机床主轴部件，减少其使用寿命。与此同时，仅考虑刀具变形的模型，在实际的铣削过程中，大型弱刚性薄壁异形构件本身就由于厚度薄，尺寸大，动刚度较小，受到切削力的作用极易产生弹性变形，会影响构件的实际切削面积，对尺寸精度和表面质量都会造成不良影响，降低加工工件的效率和精度。所以这两种铣削模型对于大型弱刚性薄壁异形构件加工来说并不适应，它不能准确预测大型弱刚性薄壁异形构件铣削过程中的切削稳定性，如果需要精确预测，就需要同时考虑刀具的动态特性和工件的动态特性。所以对用于大型弱刚性薄壁异形构件铣削加工的稳定域进行预测进而合理的选择加工工艺参数来指导实际加工具有重要的现实意义与工程应用价值。

目前申请号为：“201510205459.X”的专利，在获取薄壁件动态铣削稳定性叶瓣图，只考虑了工件的柔性，但是就薄壁零件铣削过程而言，刀具常处于大悬伸状态，刚性差，容易发生较大的振动；申请号为：“201510067263.9”的发明专利，只考虑了刀具上的动态特性，不过薄壁零件的壁厚就较小，若忽视其颤振影响，将会导致工件的精度降低，影响生产效率；申请号为：“201911157273.6”的专利，采用了相邻多个节点函数值拟合所需项，相对提高了稳定性预测的计算效率，但是其只研究了薄壁零件铣削过程中刀具上的一个自由度，不适用薄壁零件铣削过程中的实际情况。