考虑力致变形影响的薄壁件铣削稳定性预测方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种考虑力致变形影响的薄壁件铣削稳定性预测方法和系统，其中方法包括构建考虑力致变形影响的动态铣削模型；根据动态铣削模型计算薄壁件加工位置处的变形量；采用近似模型代替计算薄壁件不同加工位置处变形量，得到薄壁件所有加工位置的变形量；根据薄壁件所有加工位置的变形量计算实际径向切深、铣刀的切入角和切出角；根据实际径向切深、铣刀的切入角和切出角，绘制稳定性叶瓣图，以根据稳定性叶瓣图进行薄壁件铣削稳定性预测。本发明专利技术考虑实际加工中铣刀和薄壁件间的切削力导致弹性变形的影响，并采用近似模型进行求解，在提高薄壁件铣削加工稳定性预测准确度的同时，减少计算时间，提高计算效率。提高计算效率。提高计算效率。

【技术实现步骤摘要】
考虑力致变形影响的薄壁件铣削稳定性预测方法和系统


[0001]本专利技术属于薄壁件铣削加工
，尤其涉及一种考虑力致变形影响的薄壁件铣削稳定性预测方法和系统。

技术介绍

[0002]薄壁件具有质量轻、结构紧凑等特点，广泛应用在航空航天、医疗设备、船舶等领域。但是薄壁件刚性弱、强度低，在铣削加工中极易发生颤振，降低加工表面质量和加工效率，严重的会引起设备故障。因此对铣削加工过程的稳定性进行准确预测是十分有必要的。
[0003]在铣削加工过程中，切削力及切削厚度的方向随着刀具的旋转而改变，呈现动态变化趋势，整个切削系统是一个时变系统。因此薄壁件铣削稳定性研究包含系统动态特性研究和稳定性求解方法研究两个方面。系统动态特性直接影响稳定切削域范围的大小，稳定性叶瓣图则是针对切削过程稳定性的一种经典分析手段，可通过求解系统动力学方程获得。由于薄壁件刚度较低，在加工过程中会产生较大的变形，力致变形对铣削系统稳定性的分析产生不可忽略的影响，因此有必要在绘制稳定性叶瓣图时考虑力致变形的影响。考虑薄壁构件的弱刚性对力致变形求解时需要遍历待加工位置所有节点，对每个节点上的变形量进行迭代计算耗时长、迭代次数多。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种考虑力致变形影响的薄壁件铣削稳定性预测方法和系统。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种考虑力致变形影响的薄壁件铣削稳定性预测方法，包括：构建考虑力致变形影响的动态铣削模型；根据动态铣削模型，计算薄壁件加工位置处的变形量；采用近似模型代替计算薄壁件不同加工位置处变形量，得到薄壁件所有加工位置的变形量；根据薄壁件所有加工位置的变形量计算实际径向切深、铣刀的切入角和切出角；根据实际径向切深、铣刀的切入角和切出角，绘制稳定性叶瓣图，以根据稳定性叶瓣图进行薄壁件铣削稳定性预测。
[0006]进一步地，所述构建考虑力致变形影响的动态铣削模型，包括：构建考虑力致变形影响的动态铣削模型表达式：
；其中，M
G
为铣刀的物理空间内的质量矩阵；为t时刻铣刀的加速度向量；C
G
为铣刀的物理空间内的阻尼矩阵；K
G
为铣刀的物理空间内的刚度矩阵；为t时刻铣刀的速度向量；为t时刻铣刀的位移向量；F
G
(t)为t时刻铣刀的切削力向量；M
W
为薄壁件的物理空间内的质量矩阵；为t时刻薄壁件的加速度向量；C
W
为薄壁件的物理空间内的阻尼矩阵；为t时刻薄壁件的速度向量；K
W
为薄壁件的物理空间内的刚度矩阵；为t时刻薄壁件的位移向量；F
W
(t)为t时刻薄壁件上的切削力向量；F
m
(t)为t时刻铣刀在X轴、Y轴和Z轴三个方向的分量组成的铣刀第m个节点的切削力；T为矩阵转置算子；J为铣刀切削刃的总数；F
x,j,m
(t)为t时刻作用在第j个切削刃的第m个节点上的X轴方向切削力；F
y,j,m
(t)为t时刻作用在第j个切削刃的第m个节点上的Y轴方向切削力；F
z,j,m
(t)为t时刻作用在第j个切削刃的第m个节点上的Z轴方向切削力；其中，以铣刀中心为坐标原点，铣刀轴线方向为Z轴方向，铣刀进给方向为X轴方向，垂直于铣刀轴线方向和铣刀进给方向为Y轴方向。
[0007]进一步地，所述根据动态铣削模型，计算薄壁件加工位置处的变形量，包括：根据以下公式计算铣刀的变形量：；其中，为铣刀的变形量；F
G,j,m
(t,a
p
)为t时刻第j个切削刃在第m个节点的切削力；a
p
为轴向切削深度；L为铣刀的悬伸长度；E为铣刀材料的杨氏模量；I为铣刀的界面惯性矩，，π为圆周率，D
e
为铣刀的等效直径，，μ为等效比例因子，D为铣刀直径。
[0008]进一步地，所述采用近似模型代替计算薄壁件不同加工位置处变形量，得到薄壁件所有加工位置的变形量，包括：将薄壁件几何结构离散化，在二维坐标系中对薄壁件待加工位置域进行网格划分，获取薄壁件被切削时的二维坐标；采用拉丁超立方采样生成仿真样本点，样本点为二维坐标，计算每个样本点的变
形量；采用径向基神经网络对样本点的变形量进行拟合，得到薄壁件所有待加工位置的变形量；验证径向基神经网络拟合变形量的精度；在径向基神经网络拟合变形量的精度满足预设精度的情况下，将径向基神经网络作为近似模型，以代替计算薄壁件不同加工位置处变形量，得到薄壁件所有加工位置的变形量。
[0009]进一步地，所述根据薄壁件所有加工位置的变形量计算实际径向切深、铣刀的切入角和切出角，包括：根据以下公式计算实际径向切深：；其中，a
ea
为实际径向切深；a
en
为铣刀未变形情况下的理论径向切深；为铣刀的变形量；为薄壁件的变形量；根据以下公式计算铣刀的切入角和切出角：；根据以下公式计算逆铣情况下铣刀的切入角和切出角：；其中，为铣刀顺铣情况下的实际切入角；π为圆周率；a
ea
为实际径向切深；为铣刀顺铣且未变形情况下的理论切出角；为铣刀逆铣且未变形情况下的理论切入角；为铣刀逆铣情况下的实际切出角；D为铣刀直径。
[0010]第二方面，本专利技术提供一种考虑力致变形影响的薄壁件铣削稳定性预测系统，包括：模型构建模块，用于构建考虑力致变形影响的动态铣削模型；第一计算模块，用于根据动态铣削模型，计算薄壁件加工位置处的变形量；模型替换模块，用于采用近似模型代替计算薄壁件不同加工位置处变形量，得到薄壁件所有加工位置的变形量；第二计算模块，用于根据薄壁件所有加工位置的变形量计算实际径向切深、铣刀的切入角和切出角；叶瓣图绘制模块，用于根据实际径向切深、铣刀的切入角和切出角，绘制稳定性叶瓣图，以根据稳定性叶瓣图进行薄壁件铣削稳定性预测。
[0011]进一步地，所述模型构建模块包括：模型构建单元，用于构建考虑力致变形影响的动态铣削模型表达式：；其中，M
G
为铣刀的物理空间内的质量矩阵；为t时刻铣刀的加速度向量；C
G
为铣刀的物理空间内的阻尼矩阵；K
G
为铣刀的物理空间内的刚度矩阵；为t时刻铣刀的速度向量；为t时刻铣刀的位移向量；F
G
(t)为t时刻铣刀的切削力向量；M
W
为薄壁件的物理空间内的质量矩阵；为t时刻薄壁件的加速度向量；C
W
为薄壁件的物理空间内的阻尼矩阵；为t时刻薄壁件的速度向量；K
W
为薄壁件的物理空间内的刚度矩阵；为t时刻薄壁件的位移向量；F
W
(t)为t时刻薄壁件上的切削力向量；F
m
(t)为t时刻铣刀在X轴、Y轴和Z轴三个方向的分量组成的铣刀第m个节点的切削力；T为矩阵转置算子；J为铣刀切削刃的总数；F
x,j,m
(t)为t时刻作用在第j个切削刃的第m个节点上的X轴方向切削力；F本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑力致变形影响的薄壁件铣削稳定性预测方法，其特征在于，包括：构建考虑力致变形影响的动态铣削模型；根据动态铣削模型，计算薄壁件加工位置处的变形量；采用近似模型代替计算薄壁件不同加工位置处变形量，得到薄壁件所有加工位置的变形量；根据薄壁件所有加工位置的变形量计算实际径向切深、铣刀的切入角和切出角；根据实际径向切深、铣刀的切入角和切出角，绘制稳定性叶瓣图，以根据稳定性叶瓣图进行薄壁件铣削稳定性预测。2.根据权利要求1所述的薄壁件铣削稳定性预测方法，其特征在于，所述构建考虑力致变形影响的动态铣削模型，包括：构建考虑力致变形影响的动态铣削模型表达式：；其中，M
G
为铣刀的物理空间内的质量矩阵；为t时刻铣刀的加速度向量；C
G
为铣刀的物理空间内的阻尼矩阵；K
G
为铣刀的物理空间内的刚度矩阵；为t时刻铣刀的速度向量；为t时刻铣刀的位移向量；F
G
(t)为t时刻铣刀的切削力向量；M
W
为薄壁件的物理空间内的质量矩阵；为t时刻薄壁件的加速度向量；C
W
为薄壁件的物理空间内的阻尼矩阵；为t时刻薄壁件的速度向量；K
W
为薄壁件的物理空间内的刚度矩阵；为t时刻薄壁件的位移向量；F
W
(t)为t时刻薄壁件上的切削力向量；F
m
(t)为t时刻铣刀在X轴、Y轴和Z轴三个方向的分量组成的铣刀第m个节点的切削力；T为矩阵转置算子；J为铣刀切削刃的总数；F
x,j,m
(t)为t时刻作用在第j个切削刃的第m个节点上的X轴方向切削力；F
y,j,m
(t)为t时刻作用在第j个切削刃的第m个节点上的Y轴方向切削力；F
z,j,m
(t)为t时刻作用在第j个切削刃的第m个节点上的Z轴方向切削力；其中，以铣刀中心为坐标原点，铣刀轴线方向为Z轴方向，铣刀进给方向为X轴方向，垂直于铣刀轴线方向和铣刀进给方向为Y轴方向。3.根据权利要求1所述的薄壁件铣削稳定性预测方法，其特征在于，所述根据动态铣削模型，计算薄壁件加工位置处的变形量，包括：根据以下公式计算铣刀的变形量：
；其中，为铣刀的变形量；F
G,j,m
(t,a
p
)为t时刻第j个切削刃在第m个节点的切削力；a
p
为轴向切削深度；L为铣刀的悬伸长度；E为铣刀材料的杨氏模量；I为铣刀的界面惯性矩，，π为圆周率，D
e
为铣刀的等效直径，，μ为等效比例因子，D为铣刀直径。4.根据权利要求1所述的薄壁件铣削稳定性预测方法，其特征在于，所述采用近似模型代替计算薄壁件不同加工位置处变形量，得到薄壁件所有加工位置的变形量，包括：将薄壁件几何结构离散化，在二维坐标系中对薄壁件待加工位置域进行网格划分，获取薄壁件被切削时的二维坐标；采用拉丁超立方采样生成仿真样本点，样本点为二维坐标，计算每个样本点的变形量；采用径向基神经网络对样本点的变形量进行拟合，得到薄壁件所有待加工位置的变形量；验证径向基神经网络拟合变形量的精度；在径向基神经网络拟合变形量的精度满足预设精度的情况下，将径向基神经网络作为近似模型，以代替计算薄壁件不同加工位置处变形量，得到薄壁件所有加工位置的变形量。5.根据权利要求1所述的薄壁件铣削稳定性预测方法，其特征在于，所述根据薄壁件所有加工位置的变形量计算实际径向切深、铣刀的切入角和切出角，包括：根据以下公式计算实际径向切深：；其中，a
ea
为实际径向切深；a
en
为铣刀未变形情况下的理论径向切深；为铣刀的变形量；为薄壁件的变形量；根据以下公式计算顺铣情况下铣刀的切入角和切出角：；根据以下公式计算逆铣情况下铣刀的切入角和切出角：；其中，为铣刀顺铣情况下的实际切入角；π为圆周率；a
ea
为实际径向切深；为铣刀顺铣且未变形情况下的理论切出角；为铣刀逆铣且未变形情况下的理论切入角；为
铣刀逆铣情况下的实际切出角；D为铣刀直径。6.一种考虑力致变形影响的薄壁件铣削稳定性预...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵正彩，郑亚微，尉渊，徐宝德，宋晓宇，徐九华，
申请(专利权)人：北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：