[发明专利]基于预拉应力施加的薄壁件铣削颤振抑制方法

摘要

本发明公开了一种基于预拉应力施加的薄壁件铣削颤振抑制方法，用于解决现有薄壁件铣削颤振抑制方法实用性差的技术问题。技术方案是首先建立薄壁件铣削动力学模型，确定薄壁件固有频率与轴向切深的内在联系；其次通过有限元法获得不同预拉应力下的工件固有频率，拟合得到预拉应力与固有频率之间的数学模型；然后通过模态锤击实验得到工件和刀具的模态参数，利用建立薄壁件铣削动力学模型绘稳定性叶瓣图，并选取优化转速；最后，通过求解固有频率与轴向切深和固有频率与预拉应力之间的数学模型得到所需预拉应力的大小。本发明通过所需目标极限切深反求出预拉应力大小，从而实现抑制薄壁件铣削颤振的效果，实用性好。

主权项

1.一种基于预拉应力施加的薄壁件铣削颤振抑制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、建立薄壁件铣削动力学模型，确定薄壁件固有频率与刀具轴向切深的数学关系；得到刀具轴向切深与传递函数实部之间的关系式为：其中，a_lim为刀具轴向极限切深，N为刀齿数，K_t为切向切削力系数，K_r为轴向切削力系数，n_yy为铣削方向因子，θ_st为切入角，θ_ex为切出角，H_R(ω_c)为系统传递函数实部；步骤二、通过有限元方法计算预拉应力P为0MPa，1MPa，…，21MPa时，薄壁件对应的前两阶固有频率和模态振型；步骤三、对步骤二得到的数据进行曲线拟合，得到薄壁件前两阶固有频率与预拉应力P之间的关系式；步骤四、将所需刀具装夹到刀柄，工件装夹到能够施加预拉应力的装置中，通过模态锤击实验得到刀具进给法向以及工件垂直于进给方向的模态参数；对锤击实验分析，选择频响大的模态为主要影响模态；步骤五、通过步骤一建立的薄壁件铣削动力学模型以及步骤四中获取的刀具工件模态参数，绘制无预拉应力下的薄壁件铣削稳定性叶瓣图；通过稳定性叶瓣图确定目标主轴转速n_a以及预期铣削轴向极限切深A_lim；步骤六、建立薄壁件固有频率与刀具轴向切深和薄壁件固有频率与预拉应力之间的数学模型；公式为：其中，ω_w,n为薄壁件固有频率，ω_c为颤振频率，ξ_w为薄壁件模态阻尼，m_w为工件模态质量；步骤七、令初始条件为ω_w,n＝ω_w,n0，迭代公式为ω_w,n＝ω_w,n+Δω；其中ω_w,n0为薄壁件无预应力下的主要影响模态固有频率，Δω为固有频率迭代步长；步骤八、把步骤五确定的预期铣削轴向极限切深A_lim和步骤七得到的薄壁件固有频率ω_w,n带入公式(3)中，求解出颤振频率ω_c的值；步骤九、把步骤五确定的转速n_a，步骤七得到的薄壁件固有频率ω_w,n以及步骤八得到的颤振频率ω_c带入公式(4)中，如果满足下列公式，记录薄壁件固有频率ω_w,n，否则，跳到步骤七继续执行；其中，ε为误差范围；步骤十、将步骤九记录得到的薄壁件固有频率ω_w,n带入步骤三得到的关系式中，求解得到所需预拉应力。