基于工件变形的车削颤振切削参数优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于工件变形的车削颤振切削参数优化方法及系统。方法采用的方法步骤为：1)建立工件‑刀具车削颤振模型。2)通过车削颤振稳定图获得极限切削宽度和稳定切削宽度。3)以机床加工成本，工件加工质量和切削效率建立目标函数，以工件表面质量、机床功率和刀具寿命建立约束方程，以背吃刀量、主轴转数和进给量为优化参数进行粒子群优化。4)线性变换稳定切削宽度迭代求解获得最优切削参数。该方法考虑了工件加工中的变形问题，可以改进目前选择车削加工参数保守的问题，提高加工效率，改善工件表面加工质量，同时避免了采用不当切削参数引起的颤振问题。

【技术实现步骤摘要】
基于工件变形的车削颤振切削参数优化方法及系统
本专利技术属于机床动力学技术邻域，涉及一种基于工件变形的车削颤振切削参数优化方法及系统，具体涉及到带约束的粒子群算法和车削颤振的动力学建模。
技术介绍
机械加工过程中，车削时发生颤振会严重影响所加工表面的质量，同时对机床带来不良影响。刀具和工件之间的周期性相对运动会导致加工工件表面粗糙度增大，加工过程中会产生周期性动态切削力，使得刀具疲劳，引起机床和夹具加速磨损，使其丧失精度，发生车削颤振时会产生严重的噪声，危害操作者的健康。为了避免出现车削颤振，操作者通常选择较为保守的切削参数，无法满足加工效率的需要。基于工件变形的车削颤振切削参数优化方法可以快速确定车削过程中稳定的最优切削参数，提高加工效率。美国学者Tlusty提出颤振通常是限制金属去除率低下的一个因素，会严重降低机器的加工效率。通过将再生效应和模态耦合效应考虑为车削过程中主要的颤振激振因素，分析了刀具在切削过程中与颤振系统结构之间存在的内在相互关系，结果以颤振稳定边界图的形式进行表示。法国学者Serra,R提出了机床加工过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于工件变形的车削颤振切削参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获得所加工工件的物理属性和材料属性，提取机床振动系统的固有参数；/n建立考虑工件变形的工件-刀具的结构动力学方程进行拉普拉斯变换提取车削系统的特征方程，进而获得该机床车削颤振稳定性图；通过车削颤振稳定图获得极限切削宽度和稳定切削宽度；/n利用切削效率、机床加工成本以及加工工件表面质量提取目标优化函数；/n以机床功率、刀具使用寿命、工件表面质量以及机床固有技术参数作为车削切削参数优化的约束条件；/n根据目标函数和约束条件建立带约束车削粒子群优化模型；/n使用带约束的粒子群算法进行基于工件变形的车削颤振切削参数优化；根据...

【技术特征摘要】
1.一种基于工件变形的车削颤振切削参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
获得所加工工件的物理属性和材料属性，提取机床振动系统的固有参数；
建立考虑工件变形的工件-刀具的结构动力学方程进行拉普拉斯变换提取车削系统的特征方程，进而获得该机床车削颤振稳定性图；通过车削颤振稳定图获得极限切削宽度和稳定切削宽度；
利用切削效率、机床加工成本以及加工工件表面质量提取目标优化函数；
以机床功率、刀具使用寿命、工件表面质量以及机床固有技术参数作为车削切削参数优化的约束条件；
根据目标函数和约束条件建立带约束车削粒子群优化模型；
使用带约束的粒子群算法进行基于工件变形的车削颤振切削参数优化；根据稳定性条件进行优化参数判定，并且线性变换稳定切削宽度进行迭代优化；
选择最优车削稳定切削参数输出。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加工工件物理属性包括工件的长度、截面直径、截面面积以及截面惯性矩；其中，截面面积以及截面惯性矩的影响因素包括截面形状和质心的位置；
加工工件材料属性包括材料的密度、材料类型以及材料弹性模量；
所述机床振动系统等效质量的影响因素包括机床结构的材料和结构形状，等效刚度的影响因素包括车削刀具、机床结构以及机床结构材料，等效阻尼系数的影响因素包括机床润滑条件和机床结合面物理特性。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工件-刀具的结构动力学方程考虑车削加工时切削力产生的工件变形影响；所述机床车削颤振稳定性图包括机床主轴转数和极限切削宽度的对应关系。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的目标函数为最高的生产率的工件加工机动时间；
所述的约束条件包括表面质量约束、机床功率约束、机床进给机构强度约束、机床主轴转矩约束、机床主轴转数约束、机床允许进给量约束、刀杆强度约束、刀具寿命约束、工艺背吃刀量约束。


5.根据权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天宁，符俊杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61