铣削工具结合面动力学模型及能量消耗模型构建方法技术

本发明专利技术公开了一种铣削工具结合面动力学模型及能量消耗模型构建方法，包括如下步骤：S1：利用工具系统动力学模型去构建铣削工具系统结合面的动力学模型；S2：提出铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法；S3：通过对铣削工具系统结合面动力学能耗进行解算，研究工具系统结合面能耗传递与分配，提出铣削工具系统结合面动力学能耗传递与分配的识别方法；S4：进一步对铣削工具系统整体相对位置偏移进行表征，提出铣削工具系统相对位置偏移的预测方法。本发明专利技术优化铣削工具系统结合面动力学的建模方法，对铣削工具系统结合面的动力学稳定性进行分析，提高工具系统结合面的稳定性。提高工具系统结合面的稳定性。提高工具系统结合面的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
铣削工具结合面动力学模型及能量消耗模型构建方法


[0001]本专利技术属于铣削
，具体涉及一种铣削工具结合面动力学模型及能量消耗模型构建方法。

技术介绍

[0002]数控机床是装备制造业的工作母机，其技术水平是一个国家综合国力的象征。数控机床工具系统包含主轴、刀柄、刀具等重要子系统。铣削工具系统的动力学特性会对铣削加工精度产生直接影响，工具系统在数控加工设备中直接参与铣削加工过程，其动力学特性直接影响着刀具的铣削稳定性和工件的表面加工精度。工具系统中主要的结合面包括主轴
‑
刀柄结合面、刀柄
‑
刀具结合面，这些结合面的动力学性能会直接影响铣削加工表面精度和质量，导致无法满足加工表面质量要求等问题，因此研究铣削工具系统动力学模型具有重要意义。
[0003]现有铣削工具系统动力学模型只对动力学本身进行了研究，没有进一步去研究动力学能耗对铣削工具系统的影响，进而会影响整个铣削工具系统的稳定性，为此，我们提出一种铣削工具结合面动力学模型及能量消耗模型构建方法，优化了铣削工具系统结合面动力学稳定性的分析方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铣削工具结合面动力学模型及能量消耗模型构建方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：提出铣削工具系统结合面动力学模型的构建方法，利用工具系统动力学模型去构建铣削工具系统结合面的动力学模型；S2：对构建好的铣削工具系统结合面的动力学模型进行接触刚度解算，并对铣削工具系统结合面的动力学稳定性进行分析，提出铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法；S3：通过对铣削工具系统结合面动力学能耗进行解算，研究工具系统结合面能耗传递与分配，提出铣削工具系统结合面动力学能耗传递与分配的识别方法；S4：进一步对铣削工具系统整体相对位置偏移进行表征，提出铣削工具系统相对位置偏移的预测方法。2.根据权利要求1所述的一种铣削工具结合面动力学模型及能量消耗模型构建方法，其特征在于：铣削工具系统结合面动力学模型构建方法：工具系统动力学模型构建方法：利用进给方向、径向、轴向的切削力建立铣削工具系统整体的动力学模型；利用铣削工具系统主视图和俯视图建立关于进给方向、径向、轴向切削力外载荷的动力学模型，其中k
x
为铣削工具系统的进给方向的模态刚度；c
x
为铣削工具系统的进给方向的模态阻尼；k
y
为铣削工具系统的径向的模态刚度；c
y
为铣削工具系统的径向的模态阻尼；k
z
为铣削工具系统的轴向的模态刚度；c
z
为铣削工具系统的轴向的模态阻尼，根据铣削工具系统动力学模型后见铣削工具系统的动力学方程组如下式所示：整理得到铣削工具系统动力学方程，如式(2
‑
5)所示：式中m
x
为铣削工具系统的进给方向的模态质量；F
x
为铣削工具系统的进给方向的切削力外载荷；m
y
为铣削工具系统的径向的模态质量；F
y
为铣削工具系统的径向的切削力外载荷；m
z
为铣削工具系统的轴向的模态质量；F
z
为铣削工具系统的轴向的切削力外载荷，则铣削工具系统的模态质量矩阵M1、模态阻尼矩阵C1和模态刚度矩阵K1分别为：
则铣削工具系统动力学方程为：工具系统结合面动力学模型构建方法：基于铣削工具系统动力学模型，利用有限元的方法对工具系统结合面构建关于切削力外载荷的动力学模型，将主轴
‑
刀柄和刀柄
‑
刀具结合面进行离散，离散成n个主轴
‑
刀柄结合面以及刀柄
‑
刀具结合面的质点，建立关于质点的动力学模型；k
1i
为主轴
‑
刀柄结合面的单元刚度；c
1i
为主轴
‑
刀柄结合面的单元阻尼；ΔF
i
为作用在主轴
‑
刀柄结合面的外载荷；k
2j
为刀柄
‑
刀具结合面的单元刚度；c
2j
为刀柄
‑
刀具结合面的单元阻尼；ΔF
j
为刀柄
‑
刀具结合面的外载荷；u
1i
为主轴
‑
刀柄结合面的单元变形位移；u
2j
为刀柄
‑
刀具结合面的单元变形位移，然后根据上图动力学系统建立方程组为：式中m
1i
为主轴
‑
刀柄结合面的单元质点；m
2j
为刀柄
‑
刀具结合面的单元质点；为主轴
‑
刀柄结合面的单元变形速度；为主轴
‑
刀柄结合面的单元变形加速度；为刀柄
‑
刀具结合面的单元变形速度；为刀柄
‑
刀具结合面的单元变形加速度。整理得到工具系统质点动力学方程：则工具系统结合面的单元质量矩阵m
c
、单元刚度矩阵k
c
和单元阻尼矩阵为c
c
为：将建立好的工具系统结合面质点动力学模型耦合成一个关于工具系统结合面的整体动力学模型，耦合得到的整体质量矩阵M为：整体刚度矩阵K为：
整体阻尼矩阵C为：最后耦合成工具系统结合面动力学方程：式中M为工具系统结合面整体质量矩阵，C为工具系统结合面整体阻尼矩阵，K为工具系统结合面整体刚度矩阵，F为切削力外载荷。3.根据权利要求1所述的一种铣削工具结合面动力学模型及能量消耗模型构建方法，其特征在于：铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法：工具系统结合面接触刚度解算方法：建立主轴
‑
刀柄结合面和刀柄
‑
刀具结合面的动力学模型，分别解算结合面的接触刚度；根据主轴
‑
刀柄结合面离散所得的单元质点动力学方程分析得：单元接触刚度k
1i
等于：式中F
ni
为单元接触应力，Δδ
i
为单元接触变形。则接触刚度k1为：阻尼比ζ可以表示结构阻尼的大小，阻尼比ζ是阻尼系数c1临界阻尼系数c
r
的比值即：
式中ω
ni
为单元无阻尼的自振圆频率，则单元阻尼系数c
1i
为：c
1i
＝2m
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵培轶，刘轶成，姜彬，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：