[发明专利]一种旋转超声钻削横向振颤稳定域预测方法

摘要

本发明提出一种旋转超声钻削横向振颤稳定域预测方法，首先基于旋转超声钻削钻头运动学分析，获得静态钻削厚度中轴向进给及超声振动部分的表达式，结合动态钻削厚度建立瞬态钻削厚度模型；其次，采用钻削厚度指数函数法建立动态钻削力关系式；再次，根据非线性周期函数的线性理论，建立该加工方式下横向振颤解析模型；接着通过频域求解法求解以上模型，得到临界钻削深度及对应转速的表达式；最终，使用MATLAB软件编程绘制旋转超声钻削横向振颤稳定性曲线，实现稳定域预测。

主权项

1.一种旋转超声钻削横向振颤稳定域预测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、建立旋转超声钻削瞬态钻削厚度模型：根据旋转超声钻削钻头运动学特点，将瞬态钻削厚度划分为静态钻削厚度和动态钻削厚度，其中，静态钻削厚度包含轴向进给和超声振动两部分，分别建立轴向进给和超声振动的关系式从而得到静态钻削厚度模型，再根据前后刀齿的轨迹差表征动态钻削厚度，最终建立瞬态钻削厚度模型；步骤2、建立动态钻削力模型：通过比较钻削力线性模型与指数模型，选取指数模型建立径向钻削力Fr和轴向钻削力Ft表达式，根据径向与切向钻削力在坐标轴的投影关系，建立x和y向钻削力Fx和Fy模型；步骤3、构建旋转超声钻削横向振颤解析模型：基于指数型动态钻削力模型，采用非线性周期函数线性理论将以上钻削力模型线性化，通过周期函数的傅里叶展开式，对动态钻削力模型化简，得到含有方向矩阵的钻削力模型，将旋转超声钻削系统简化为两自由度的振动系统，将处理后的动态钻削力模型代入，建立旋转超声钻削横向振颤解析模型；步骤4、应用频域解析法求解旋转超声钻削稳定域：首先构建刀具‑工件接触区域之间的传递函数矩阵，确定刀尖位置的频率响应关系；接着，根据Budak方法建立钻削过程中的再生振颤位移表达式，将该式代入动态钻削力公式得到闭环动态钻削系统的特征方程；最后，通过求解特征方程获得临界切深及相应转速的函数式；步骤5、绘制旋转超声钻削横向振颤稳定性曲线：根据步骤4求解步骤及结果，使用MATLAB软件编程绘制旋转超声钻削横向振颤稳定性曲线，实现稳定域预测。