【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超声振动加工，尤其涉及一种改善薄壁件侧铣稳定性的方法及装置。
技术介绍
1、复杂薄壁类零件因其质量轻、结构紧凑，在航空航天、能源、精密仪器、汽车制造等领域中得到广泛应用。
2、如整体隔框、整体壁板、涡轮盘类和航空发动机的涡轮叶片类等非通用性薄壁零件，加工方式大多是以铣削工艺为主。由于此类零件性能要求高、结构复杂、材料去除率高，成型后的工件刚度降低，影响了薄壁件加工时的稳定性，加工精度降低，加工质量难以保证。
技术实现思路
1、为解决现有技术中薄壁件加工时稳定性差、加工精度低，加工质量难以保证的问题，本专利技术提供一种改善薄壁件侧铣稳定性的方法及装置，通过超声振动辅助技术加工薄壁件，并预测超声加工稳定铣削参数，提高薄壁件铣削加工的稳定性、加工精度和加工质量。所述技术方案如下：
2、第一方面，提供一种改善薄壁件侧铣稳定性的方法，所述方法包括：
3、步骤1，根据待侧铣薄壁件的形状特征和材料特性确定超声振动辅助铣削加工装置所需振幅和频率；
4、步骤2，设计超声振动辅助铣削加工装置；
5、步骤3，使用超声电源对所述超声振动辅助铣削加工装置进行激励，实现超声振动辅助铣削加工装置的稳定超声纵扭振动；
6、步骤4，基于超声纵扭振动的刀齿转角参数分析超声纵扭振动的分离规律和特性，确定切削厚度表达式；
7、步骤5，基于切削厚度表达式构建超声纵扭振动的动态铣削力模型；
8、步骤6，基于超声纵扭振
9、步骤7，进行超声振动辅助铣削系统的模态实验，获取薄壁件的模态参数；
10、步骤8，进行槽铣削实验并标定铣削力系数；
11、步骤9，获取待侧铣薄壁件的加工参数、刀具参数、超声振动参数；
12、步骤10，利用步骤步骤7至步骤9的参数，求解超声纵扭振动铣削薄壁件动力学模型，得到稳定性叶瓣图。
13、其中，所述步骤2具体包括：
14、选择合适的加工刀具；
15、根据加工刀具选择夹头压帽，并确定变幅杆小端直径；
16、根据换能器的输出振幅和所需的振幅计算放大倍数，确定变幅杆类型和大端直径；
17、选择压电陶瓷并确定后盖板直径；
18、通过波动方程确定各段频率方程，计算后盖板、变幅杆大端、变幅杆小端的长度；
19、根据后盖板、压电陶瓷、变幅杆和刀具的尺寸和材料属性，建立超声振动单元的三维模型，进行模态仿真；
20、调整后盖板和变幅杆尺寸，使超声振动单元的谐振频率趋近于设计频率，完成超声振动加工单元的设计。
21、其中，步骤4具体包括：
22、以x轴为进给方向，y轴为垂直进给方向，z轴为主轴方向，建立超声纵扭振动侧铣的运动学方程表达式；
23、基于超声纵扭振动侧铣的运动学方程表达式，对超声纵扭振动铣削的轨迹进行分析，得到每个振动周期内刀具和工件的接触时刻和分离时刻，判断切削状态，确定切削厚度表达式。
24、其中，步骤5具体包括：
25、分析刀具和工件的分离接触关系，建立判断切削状态的窗函数；
26、基于窗函数，根据动态切屑厚度和刀齿转角确定x、y方向的超声振动的铣削力。
27、其中，所述步骤7中，薄壁件的模态参数，包括固有频率、阻尼和模态质量。
28、其中，所述步骤8中，铣削力系数包括：切向和法向切削力系数kt和kr、切向和法向的刃边系数kte和kre。
29、其中，所述步骤9中，
30、待侧铣薄壁件的加工参数，包括进给速度v0；
31、刀具参数，包括刀具直径d和刀具齿数n；
32、超声振动参数，包括超声振动频率f、超声纵向振动振幅α、超声扭转振动振幅β。
33、其中，步骤10中，改进全离散法，利用步骤7至步骤9的参数求解超声纵扭振动铣削薄壁件动力学模型。
34、第二方面，提供一种改善薄壁件侧铣稳定性的装置，包括超声振动辅助铣削加工装置，所述超声振动辅助铣削加工装置包括：超声振动加工单元和一体化刀柄，
35、超声振动加工单元从后至前包含预紧螺栓、后盖板、电极片、压电陶瓷、变幅杆、er夹头、er压帽和刀具，后盖板、电极片和压电陶瓷通过预紧螺栓与变幅杆连接；
36、变幅杆为阶梯型变幅杆，分为大端和小端两部分；变幅杆大端设有与预紧螺栓连接的内螺纹；变幅杆大端还设有与一体化刀柄连接的法兰；变幅杆小端设有螺旋槽，用于将轴向振动模态退化为扭转振动；变幅杆小端还设有与刀具连接的外螺纹和内孔；
37、所述一体化刀柄设有阶梯孔，用于保证与超声振动加工单元连接的同轴度。
38、本专利技术的有益效果至少在于：
39、设计了超声振动辅助铣削加工装置，分析了超声振动铣削运动过程中刀具和工件之间的接触分离关系并定义了表达切削状态的窗函数，以此构建超声纵扭振动的动态铣削力模型，并改进全离散法，求解基于超声纵扭振动的动态铣削力模型建立的超声纵扭振动铣削薄壁件动力学模型，得到稳定性叶瓣图，给出稳定加工参数，能够抑制加工过程中的颤振现象，提高薄壁件铣削加工的稳定性、加工精度和加工质量。
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1.一种改善薄壁件侧铣稳定性的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4具体包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤5具体包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，薄壁件的模态参数，包括固有频率、阻尼和模态质量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤8中，铣削力系数包括：切向和法向切削力系数Kt和Kr、切向和法向的刃边系数Kte和Kre。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤9中，
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤10中，改进全离散法，利用步骤7至步骤9的参数求解超声纵扭振动铣削薄壁件动力学模型。
9.一种改善薄壁件侧铣稳定性的装置，包括超声振动辅助铣削加工装置，所述超声振动辅助铣削加工装置包括：超声振动加工单元和一体化刀柄，
【技术特征摘要】
1.一种改善薄壁件侧铣稳定性的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4具体包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤5具体包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，薄壁件的模态参数，包括固有频率、阻尼和模态质量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹿，张光彦，刘丞让，张臣，汪洋，华峰，章培，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心，
类型：发明
国别省市：
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