铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法技术方案

本发明专利技术公开了铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法，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。本发明专利技术提出的将工具系统结合面的接触刚度进行解算，并进一步解算工具系统结合面的动力学参数，进而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】
铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法
[0001]本申请为申请号202310230881.5，申请日2023年03月11日，申请时专利技术名称为“铣削工具结合面动力学模型及能量消耗模型构建方法”的分案申请。


[0002]本专利技术属于铣削
，具体涉及铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法。

技术介绍

[0003]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。
[0004]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，给出铣削工具系统动力学能耗传递与分配的识别方法，研究铣削工具系统整体相对位置偏移的影响，进而提高整个工具系统的稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法，包括如下步骤：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]与已经公开的技术不同之处：已有的铣削工具系统结合面动力学建模方法，局限
于对铣削工具系统结合面进行整体动力学建模，这样的建模方法的自由度比较低，影响精度，而利用有限元的方法进行工具系统结合面动力学建模，可以实现多自由度，这样得到的工具系统结合面的动力学模型精度更高，并且进一步优化了工具系统结合面动力学模型的建模方法。
[0012]已有的铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法，只是对工具系统结合面的接触刚度进行解算，通过模态分析工具系统的稳定性，这样的分析方法不能满足工具系统稳定性的要求，本专利利用ANSYS有限元仿真对接触刚度进行解算，并对构建好的工具系统结合面动力学方程进行解算，得到工具系统结合面的动力学参数，进而对工具系统结合面稳定性进行分析，这样提高了工具系统结合面的稳定性。
[0013]以往的铣削工具系统结合面的动力学分析没有对铣削工具系统结合面动力学能耗进行进一步的研究，本专利技术专利通过对工具系统结合面的能耗进行解算，识别工具系统结合面能耗的传递与分配，提高工具系统结合面的稳定性。
[0014]已有的工具系统位置误差只是对主轴系统的位置误差进行了研究，没有对主轴
‑
刀柄
‑
刀具整个系统的位置误差进行研究，更没有对铣削工具系统相对位置偏移进行研究，本专利提出的铣削工具系统相对位置偏移的预测方法，通过对工具系统相对位置偏移进行表征，利用人工神经网络模型对工具系统相对位置偏移进行预测，进一步提高工具系统的稳定性。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供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，本专利技术提出的铣削工具系统结合面动力学模型构建方法，对主轴
‑
刀柄
‑
刀具系统建立关于切削力外载荷的整体动力学模型，并通过构建好的工具系统动力学模型利用有限元的方法构建铣削工具系统结合面动力学模型，优化铣削工具系统结合面动力学的建模方法。
[0016]本专利技术提出的铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法，将工具系统结合面的接触刚度进行解算，并进一步解算工具系统结合面的动力学参数，进而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。
[0017]本专利技术提出的铣削工具系统结合面动力学能耗传递与分配的识别方法，通过对工具系统结合面能耗的解算，进一步识别工具系统结合面的能耗传递与分配，提高对工具系统结合面的稳定性。
[0018]本专利技术提出的铣削工具系统相对位置偏移的预测方法，对工具系统整体相对位置偏移进行表征，并利用人工神经网络对工具系统整体位置偏移进行预测，进一步提高对工具系统的稳定性。
附图说明
[0019]图1为本专利技术铣削工具系统动力学模型示意图；图2为本专利技术工具系统结合面的质点动力学系统示意图；图3为本专利技术工具系统结合面动力学模型示意图；图4为本专利技术工具系统结合面能耗模型示意图；图5为本专利技术铣削工具系统结合面能耗的传递路径示意图；图6为本专利技术工具系统相对位置偏移模型示意图；图7为本专利技术工具系统相对位置偏移表征方法流程示意图；图8为本专利技术人工神经网络结构示意图；图9为本专利技术1290r/min转速下30s的切削力分布示意图；图10为本专利技术1433r/min转速下30s的切削力分布示意图；图11为本
专利技术1576r/min转速下30s的切削力分布示意图；图12为本专利技术巴特沃斯低通滤波器示意图；图13为本专利技术进给方向切削力分布示意图；
[0020]图14为本专利技术径向切削力分布示意图；图15为本专利技术轴向切削力分布示意图；图16为本专利技术1290r/min转速条件下主轴
‑
刀柄结合面接触刚度曲线示意图；图17为本专利技术1290r/min转速条件下主轴
‑
刀柄结合面接触刚度频域信号示意图；图18为本专利技术不同转速下主轴
‑
刀柄结合面接触刚度曲线示意图；图19为本专利技术不同转速条件下主轴
‑
刀柄结合面接触刚度频域信号示意图；图20为本专利技术主轴
‑
刀柄结合面外载荷引起的能耗示意图；图21为本专利技术主轴
‑
刀柄结合面接触刚度引起的能耗示意图；图22为本专利技术主轴
‑
刀柄结合面接触阻尼引起的能耗示意图；图23为本专利技术主轴
‑
刀柄结合面能耗分布示意图；图24为本专利技术1290r/min转速下只有转速工具系统相对偏移示意图；图25为本专利技术1290r/min转速下2.5s时刻工具系统相对偏移示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.铣削工具系统结合面动力学稳定性分析方法，其特征在于，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
1i
ω
ni
ζ
1i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3
‑
5)阻尼系数为：工具系统结合面动力学稳定性分析方法：主轴
‑
刀柄结合面动力学方程表示为：两边同除以质量m
1i
，并令c
1i
＝2m
1i
ω
ni
ζ
1i
，得：式中u
st
＝ΔF
i
/k
1i
，为结合面在ΔF
i

【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：