考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法技术

本发明专利技术公开了考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法，包括如下步骤：S1、建立考虑螺旋角效应的变齿距铣刀切削模型，并基于再生颤振理论构建考虑螺旋角效应的变齿距‑变转速铣削过程动力学方程；S2、基于扰动再生颤振效应机理，选择铣刀齿距线性增加模型和正弦调制的主轴转速策略实现颤振抑制的主被动控制方法；S3、求解该模型得到铣削过程稳定性叶瓣图，作为选择高效高质稳定加工参数的理论依据。本发明专利技术通过考虑螺旋角效应构建了变齿距‑变转速铣削动力学模型，并将精细积分全离散法拓展到适用于多时变时滞动力学微分方程数值求解，能够高效地构建出考虑螺旋角效应的变齿距‑变转速铣削稳定性叶瓣图。

【技术实现步骤摘要】
考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法
本专利技术涉及先进制造
，具体涉及铣削加工颤振预测及抑制方法，尤其涉及考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法。
技术介绍
高温合金、钛合金等难加工材料具有优异服役性能，广泛应用于航空航天等高端领域的关键零部件制造。难加工材料由于刀具损耗大，切削速度严重受限，难以实现高速加工。现阶段很多方法都是在获得切削力稳定性叶瓣图的基础上，通过选择合适的切削参数组合从而实现无颤振材料去除率。然而，较高的材料去除率也可以通过铣削颤振被动或主动控制方法获得。为了提升难加工材料的切削效率和制造精度，本专利技术提出了考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法。通过该方法可大幅提高低速铣削时的材料出去率，且同时保证加工工件质量，这对于粗加工具有降本增效的重要作用。申请号为201410848651.6的专利公开了一种基于稳定性约束的变齿距铣刀结构参数优化方法，能够提供一种切削速度受限下加工效率较高的变齿距铣刀结构参数。然而，对于不同材质、不同加工特征的工件的高效稳定加工而言，其所需的最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、建立考虑螺旋角效应的变齿距铣刀切削模型，并基于再生颤振理论构建考虑螺旋角效应的变齿距-变转速铣削过程动力学方程；/nS2、基于扰动再生颤振效应机理，选择铣刀齿距线性增加模型和正弦调制的主轴转速策略实现颤振抑制的主被动控制方法；/nS3、求解该模型得到铣削过程稳定性叶瓣图，作为选择高效高质稳定加工参数的理论依据。/n

【技术特征摘要】
1.考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、建立考虑螺旋角效应的变齿距铣刀切削模型，并基于再生颤振理论构建考虑螺旋角效应的变齿距-变转速铣削过程动力学方程；
S2、基于扰动再生颤振效应机理，选择铣刀齿距线性增加模型和正弦调制的主轴转速策略实现颤振抑制的主被动控制方法；
S3、求解该模型得到铣削过程稳定性叶瓣图，作为选择高效高质稳定加工参数的理论依据。


2.根据权利要求1所述的考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法，其特征在于，所述步骤S1中，动力学方程构建如下：
S1.1、将刀具-工件铣削系统简化为两自由度系统，在结构动力学框架下，铣削动力学方程可表述为如下微分方程：



其中，mtx、ζx和ωx分别为刀具系统在x方向的模态质量、阻尼比和固有频率；mty、ζy和ωy分别为刀具系统在y方向的模态质量、阻尼比和固有频率；Fx(t)和Fy(t)分别为作用在x和y方向上的动态切削力；
S1.2、求解作用在铣刀齿上的动态切削力Fx(t)和Fy(t)
考虑铣刀螺旋角效应，则作用在刀齿上的切削力将时刻发生变化，因此将考虑螺旋角效应的铣刀沿着刀具轴向划分为n个圆盘，第j个刀齿在微单元高度dz上的径向微元切削力dFt,j(t,z)和切向微元切削力dFr,j(t,z)表示为：



其中Kt和Kr是切向和法向切削力系数；考虑变时滞再生效应的瞬时切削厚度hj(t,z)表示为：
hj(t,z)＝[x(t-τj(t))-x(t)]sin(φj(t,z))+[y(t-τj(t))-y(t)]cos(φj(t,z))(3)
其中每齿的螺旋角变化特性引起的变化的转角φj(t,z)表示为：



其中Ω为主轴转速，β为刀齿螺旋角，ψj为第j-1齿与第j齿之间的齿距角，R为刀齿半径，N是刀齿数；
沿x和y方向所受到的微元切削力可以表示为：



然后，作用在刀具上合力可表示为：



其中窗函数g(φj(t,z))定义为：



其中φst和φex分别是第j刀齿的切入和切出角；
对方程(4)的两边变量z求导得dz＝-R/tan(β)dφ，将dz、方程(2)、(3)和(5)代入方程(6)，通过方程(8)得到铣刀上的切削力：



其中：














3.根据权利要求1所述的考虑螺旋角效应的变齿距变转速铣削颤振主被动抑制方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用的齿距线性增加模型为：
ψ0+(ψ0+Δψ)+(ψ0+2Δψ)+…+[ψ0+(N-1)Δψ]＝2π(13)
其中Δψ是相邻刀齿之间的齿距增加量，ψ0根据下式求得：



变主轴转速铣削是通过周期性地调制主轴转速来抑制颤振，其中正弦调制的转速表达式如下：



其中Ω0是平均转速，ΩA是速度变化幅值，T是调制周期；此外，RVA＝ΩA/Ω0，RVF＝60/(Ω0T)；
方程(8)中的函数τj(t)可通过隐函数形式给出：



把方程(15)代入方程(16)，可得到如下超越方程：



因为函数τj(t)包含余弦函数不能用闭合形式表示，所以只能进行近似计算，ΩA相对于Ω0很小，τj(t)可近似的表示为：



其中τ0＝60/(NΩ0)和τ1/τ0...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文安，黄超，储金辉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32