[发明专利]薄壁件铣削过程阻尼建模方法

摘要

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。

主权项

1.一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；步骤2：通过标准力锤冲击法对刀具和工件进行模态测试，得到刀具、工件的固有频率矩阵ω_n,c、ω_n,w，阻尼比矩阵ζ_c、ζ_w和模态阵型向量L_c、L_w；其中ω_n,c为刀具固有频率矩阵，ω_n,w为工件固有频率矩阵，ζ_c为刀具阻尼比矩阵，ζ_w为工件阻尼比矩阵，L_c为刀具模态阵型矩阵，L_w为工件模态阵型矩阵；步骤3：计算顺铣、逆铣过程的切入、切出角：顺铣过程切入、切出角计算公式：φ_st＝arccos(a_e/R‑1)φ_ex＝π逆铣过程切入、切出角计算公式：φ_st＝0φ_ex＝arccos(1‑a_e/R)式中φ_st为切入角，φ_ex为切出角，a_e为径向切深，R为铣刀半径；步骤4：将刀刃在轴向高度上微元化，计算每一刀刃微元所对应的窗函数：式中g_ij为第j个刀齿上第i个轴向微元所对应的窗函数，φ_ij为第j个刀齿上第i个轴向微元所对应的切触角；步骤5：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：式中D_ij为第j个刀齿上第i个轴向微元所对应的动态切削力矩阵，P_ij为第j个刀齿上第i个轴向微元所对应的过程阻尼矩阵，N为铣刀刀齿数，c为每齿进给量，Ω为主轴转速，dz为微元轴向高度，矩阵矩阵矩阵矩阵V_ij＝[sinφ_ij cosφ_ij]；步骤6：计算作用在整个刀具‑工件系统上的动态切削力矩阵和过程阻尼矩阵：式中为作用在整个刀具上的动态切削力矩阵，为作用在整个刀具上的过程阻尼矩阵，矩阵矩阵矩阵矩阵矩阵下表q为整个轴向切深上的微元离散份数；步骤7：建立刀具‑工件系统铣削动力学控制方程：式中Γ_c为刀具模态阵型向量，Γ_w为工件模态阵型向量，t为当前时刻，T为刀齿切入时间；按照时域中半离散的方法对控制方程进行稳定性求解，得到考虑薄壁件铣削过程阻尼效应的稳定性叶瓣图。