随动气浮支撑的基于壳理论的薄壁筒镜像切削建模方法技术

本发明专利技术提供了一种随动气浮支撑的基于壳理论的薄壁筒镜像切削建模方法，包括如下步骤：步骤S1、对工件的系统动力学建模：步骤S2、对镗杆的系统动力学建模；步骤S3、对切削工艺系统的动态切削力进行建模：步骤S4、对无支撑的切削工艺系统进行建模：步骤S5、对带有随动气浮支撑的切削工艺系统进行建模。本发明专利技术所述的随动气浮支撑的基于壳理论的薄壁筒镜像切削建模方法，考虑了薄壁筒在周向与轴向2个方向复杂的模态振型与工件的旋转，将薄壁筒的车/镗加工转化为圆柱壳在旋转载荷下的振动响应，并在其中加入了生产中常用的随动气浮支撑装置，并可根据工艺调整支撑的数量与支撑点的位置，可以较真实地模拟薄壁筒件在镜像加工工艺下的振动响应。艺下的振动响应。艺下的振动响应。

【技术实现步骤摘要】
随动气浮支撑的基于壳理论的薄壁筒镜像切削建模方法


[0001]本专利技术属于金属材料切削加工领域，尤其是涉及一种随动气浮支撑的基于壳理论的薄壁筒镜像切削建模方法。

技术介绍

[0002]目前，以发动机叶片和薄壁气缸为代表的薄壁件以其重量轻、结构紧凑、综合性能优越等优点，在航空航天、核工业等领域有着广泛的应用。一般情况下，薄壁工件往往要求具有较高的加工精度和表面质量，而薄壁结构的刚度较差，在加工过程中会产生较大的变形和振动。此外，加工系统在一定的工作条件下会发生振动，对加工表面质量、刀具寿命乃至机床精度都会产生严重的影响。因此，薄壁工件的加工过程中的稳定性研究是十分必要的。
[0003]通过对切削工艺系统建立动力学方程，可以通过理论计算的方式对切削工艺系统的加工状态进行预测，指导加工工艺参数的选择，为抑振方案的实行提供理论基础。目前，对薄壁件镜像加工的研究主要集中在铣削上，而对车削和镗孔的研究较少。由于工件旋转的复杂模态形状和薄壁件本身的影响，薄壁件镜像加工系统的响应更为复杂，目前已有的建模方法无法很好地表示薄壁筒件的振动特性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.随动气浮支撑的基于壳理论的薄壁筒镜像切削建模方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1、对工件的系统动力学建模：步骤S2、对镗杆的系统动力学建模；步骤S3、对切削工艺系统的动态切削力进行建模：步骤S4、对无支撑的切削工艺系统进行建模：步骤S5、对带有随动气浮支撑的切削工艺系统进行建模，具体的建模方法为：将随动支撑的气缸与橡胶头简化为弹簧阻尼单元，内部推杆部分简化为质量单元，模型中K
x
与C
x
为橡胶支撑头的刚度与阻尼，K
q
与C
q
为气缸的刚度与阻尼，M
s
为随动支撑的模态质量，支撑装置的动力学方程为：F
s
为支撑端为工件提供的支撑力，表达为：其中W
w
’
(t)为支撑处工件的振动，w
′
w
(t)＝T
w
(t)W
w
′
(t)，W
w
′
(t)为支撑点处工件的振型函数，W
w
′
(t)＝W
w
(z
*
(t)+Δz，θ
*
(t)+Δθ)，此时，薄壁工件所受的外部激励，表示为：F
w
＝(F
b
‑
F
t
)W
w
(t)
‑
F
s
W
w
′
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)结合无支撑时切削工艺系统的动力学模型式(20)，可以给出加随动支撑后且切削工艺系统的状态空间方程：其中，其中，其中，其中，其中，
C
T
＝0，该方程可根据龙格库塔法就行求解输出响应，利用半离散法或全离散法求解稳定性，分别得到工件在稳定状态、临界稳定状态、失稳状态的振动响应。2.根据权利要求1所述的随动气浮支撑的基于壳理论的薄壁筒镜像切削建模方法，其特征在于：步骤S1、对工件的系统动力学建模包括如下方法：步骤S11、建立工件系统的简化模型步骤S12、求解工件系统圆柱壳的固有特性；步骤S13、建立在旋转载荷下的薄壁圆柱壳动力学方程。3.根据权利要求1所述的随动气浮支撑的基于壳理论的薄壁筒镜像切削建模方法，其特征在于：所述步骤S2中对镗杆的系统动力学建模的方程为：4.根据权利要求1所述的随动气浮支撑的基于壳理论的薄壁筒镜像切削建模方法，其特征在于：所述步骤S3中对切削工艺系统的动态切削力进行建模的过程为：车...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵良宇，朱鸿儒，孙婷婷，付博伟，王剑豪，马青怡，于凡，赵成微，高健，于鸿飞，
申请(专利权)人：中国北方发动机研究所天津，
类型：发明
国别省市：