大螺距螺杆车削工艺系统综合频响函数方程构建方法技术方案

本发明专利技术涉及一种大螺距螺杆车削工艺系统综合频响函数方程构建方法，步骤为：步骤一、构建刀具‑机床进给系统子系统频响函数模型；步骤二、构建工件‑机床主轴子系统频响函数模型；步骤三、通过刀具‑机床进给系统子系统频响函数和工件‑机床主轴子系统频响函数在对应方向上的线性叠加，构建大螺距螺杆车削工艺系统综合频响函数方程。本发明专利技术考虑到机床、刀具和工件三者综合对加工系统动力学特性的影响，提出“广义动力学空间”概念，扩大了动力学研究的空间尺度，基于广义动力学空间大螺距螺杆车削系统综合频响函数方程的建立方法，能够更加精准地表征切削系统的振动特性，反映整个工艺系统的动力学行为。

Construction method of comprehensive frequency response function equation for industrial system with large pitch screw

The invention relates to a construction method, comprehensive response process system of screw turning pitch function comprises the following steps: step one, to construct the tool machine system system response function model; step two, construction of machine workpiece FRF main axis system model; step three, through linear superposition in the corresponding direction of the principal axis system tool feed system of machine tool subsystem and workpiece machine response function and frequency response function, to construct a comprehensive system of screw pitch turning process frequency response function equation. The invention of machine tool and workpiece, taking into account the three comprehensive effects on the dynamics of the processing system, put forward the concept of \generalized dynamic space\, expanding the space scale dynamics research, establish a comprehensive method of generalized dynamic space frequency pitch screw turning system based on function equation, can improve the accuracy of the vibration characteristics of ground cutting system the whole process, reflect the dynamic behavior of the system.

【技术实现步骤摘要】
大螺距螺杆车削工业系统综合频响函数方程构建方法
本专利技术涉及切削系统综合频响函数构建方法，特别是一种大螺距螺杆车削工艺系统综合频响函数方程构建方法，属于螺杆车削

技术介绍
大螺距螺杆作为大型压力机的主要零部件，在核电、航空航天及大型船舶关键零部件的制造和锻压中起到关键作用。大螺距螺杆具有螺纹加工尺寸长、径向切深大及进给速度大的加工特点，在车削过程中采用低转速、分层切削的加工方式。由于加工过程中长行程、多方向交叉高进给车削，振动特性复杂且多变，对大螺距螺杆加工精度和粗糙度影响很大，同时影响了刀具系统的使用寿命。目前，对切削过程中振动的研究多以机床、刀具、工件、主轴-刀柄-刀具、刀具-工件或机床-工件为研究对象，建立相应的振动方程及动力学模型，但这些模型均未考虑机床、刀具和工件三者综合对加工系统动力学特性的影响，无法反映整个工艺系统的动力学行为。鉴于高进给切削技术和目前已有方程建立方法无法反映整个加工系统的动力学行为的现状。因此拓宽研究对象的尺度，给出建立符合实际高进给车削加工过程中综合频响函数方程构建方法，能够更准确的通过所建立模型来预测加工稳定性，从而优化切削加工参数和预本文档来自技高网...

【技术保护点】
大螺距螺杆车削工艺系统综合频响函数方程构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、构建刀具‑机床进给系统子系统频响函数模型；步骤二、构建工件‑机床主轴子系统频响函数模型；步骤三、通过刀具‑机床进给系统子系统频响函数和工件‑机床主轴子系统频响函数在对应方向上的线性叠加，构建大螺距螺杆车削工艺系统综合频响函数方程。

【技术特征摘要】
1.大螺距螺杆车削工艺系统综合频响函数方程构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、构建刀具-机床进给系统子系统频响函数模型；步骤二、构建工件-机床主轴子系统频响函数模型；步骤三、通过刀具-机床进给系统子系统频响函数和工件-机床主轴子系统频响函数在对应方向上的线性叠加，构建大螺距螺杆车削工艺系统综合频响函数方程。2.根据权利要求1所述的大螺距螺杆车削工艺系统综合频响函数方程构建方法，其特征在于：构件刀具-机床进给系统子系统频响函数模型步骤为：首先，将刀具-机床进给系统子系统简化为丝杆、螺母、导轨、工作台、刀架-部分刀具和刀具悬伸部分；基于响应耦合法理论，将刀具-机床进给系统子系统划分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个子结构，Ⅰ为丝杆、Ⅱ为螺母-工作台-刀架-部分刀具、Ⅲ为刀具悬伸部分，并考虑以下四个结合面对刀具-机床进给系统子系统刀尖点频响函数的影响：轴承-丝杆、丝杆-螺母、工作台-导轨及刀架-刀具；然后，对子结构Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ频响函数进行耦合计算；将子结构Ⅰ简化为均质弹性等径梁结构，同时将对机床丝杆起到支撑作用的结构简化为刚性支撑；将Ⅰ和Ⅱ子结构刚性耦合成装配体，子结构Ⅰ的左侧边缘处定义为1位置，右侧与子结构Ⅱ中螺母连接处定义为2位置，同时子结构Ⅱ中螺母的左侧连接处定义为2′位置，螺母右侧边缘处定义为3位置；在装配体1位置处施加载荷，考虑平动和转动二自由度体系，子结构端点处施加的力为qi＝(fi，mi)T(i＝1，2，2′)，获得相应位置位移响应为式(1)；同时根据力的平衡关系(2)和相容条件(3)，求得装配体在1处的频响函数如式(4)所示；同理求得在3处频响函数如式(5)；对子结构Ⅰ-Ⅱ和Ⅲ进行耦合，子结构Ⅱ中刀架的左侧与子结构Ⅱ中螺母的连接处定义为3′位置，子结构Ⅱ中刀架的右侧与子结构Ⅲ的连接处定义为4位置，同时子结构Ⅲ刀具与刀架结合处定义为4′位置，刀具右侧边缘处定义为5位置。同理得到在5和3′位置的频响函数，如式(6)；q2+q2′＝0q1＝Q1(2)S2+H2+W2＝S2′(3)RS11＝R11+R12(R22′-R′22′-R"ii+R22)-1R21(4)RS33＝R33+R32′(R22′-R′22′-R"22′+R22)-1R2′3(5)式中，Rij为频响函数矩阵，当i与j相同时为对应位置的频响函数矩阵，当二者不相等时为跨点频响函数矩阵；Si＝(Xi,θi)T为子结构坐标点i处的位移响应，Wi＝(Ui,θi)T为丝杆的位移响应，Hi＝(Pi,θi)T为结合面处位移响应，其中Xi、Ui和Pi为位移响应，θi为转动位移响应；Q1是假设在装配体Ⅰ-Ⅱ的点1处施加的载荷；再然后，在已求得的子结构耦合频响基础上，考虑结合面处平动位移的影响，如式(7)所示，将子结构Ⅱ刀架和子结构Ⅲ刀具结合处，刀具结合部分设为a，刀架结合部分为b；将子结构Ⅰ丝杆和子结构Ⅱ螺母结合处，丝杆结合部分设为c，螺母结合部分为d；得到任意位置考虑结合面影响的频响函数，如式(8)；推导出频率响应函数，公式(9)；刀尖点处的响应，公式(10)；基于频响函数矩阵对称性特点，得到耦合后刀尖点处三向频响响应函数，公式(11)；RSxx＝Rxx-Rax[Rbb+Raa-R′ab+R2′2′]-1Rxa(8)式中，Rij为频率响应矩阵；Rij、R′ij和R″ij的公式如式(9)—(11)；其中hij、nij和lij、pij为子结构Ⅰ在j位置施加单位力在i位置处的位移响应和在j位置施加单位力矩在i位置处的转角响应，公式(12)；Di为结合面响应，公式(14)；U为已有丝杆纵向位移响应，公式(15)；进一步得到频率响应函数和刀尖处响应公式，如式(16)—(17)；基于矩阵对称性特点，最终求得刀具-机床子系统刀尖点三向频率响应函数，如式(18)；式中，I为惯性矩；E为弹性模量；为频率参数；η为阻尼因子；l为梁的长度；Fi公式如(13)；F1＝sinλl+coshλlF3＝sinλlcoshλlF5＝sinhλlcosλl-sinλlcoshλlF6＝sinhλlcosλl+sinλlcoshλlF7＝sinλl+sinhλlF8＝sinλl-sinhλlF10＝cosλl-coshλl(13)式中，Di为丝杆纵向位移响应；kij(i,j＝1,2,3,4,5,6)为刚度矩阵中的元素；F(Fx＝-∫spxdS、Fy＝-∫spydS和Fz＝-∫spzdS)、M(Mx＝-∫spzydS+∫SPyzdS、My＝-∫spxzdS+∫SPzxdS和Mz＝-∫spyxdS+∫SPxydS)、S和P分别为力、力矩、结合面的面积和结合面压力；式中，U为丝杆纵向位移响应；ku1为前轴承在x向的纵向刚度；E为丝杆弹性模量；ωu为丝杆振动频率；RSxx=Rxx-Rax[Rdd-R′ab-R″ab+R2′2′]-1Rxa(16)式中：Gxt、Gyt和Gzt分别是工件-进给系统子系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李哲，付祥夫，姜彬，李超，陈帅，任德阔，王秀瑞，李军委，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23