一種銑削加工中系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別方法
【專利摘要】一種銑削加工中系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別方法，通過計算特征方程的輻角變化量判別系統(tǒng)在某組銑削加工工藝參數(shù)下的穩(wěn)定性，采用的步驟是：⑴、獲得一組切削力切向、徑向、軸向力分力的實驗數(shù)據(jù)：⑵、根據(jù)步驟⑴實驗測得的實驗數(shù)據(jù)均值，建立平均切削力模型、切削力系數(shù)模型，計算平均切削力和切削力系數(shù)，C、工件坐標(biāo)系中平均切削力的計算：D、切削力系數(shù)的標(biāo)定：⑶、根據(jù)步驟⑵獲得的切削力系數(shù)，建立銑削加工中描述動力系統(tǒng)顫振問題的微分方程，將該方程變換為一種中立型矩陣方程形式，利用Laplace變換，得到其特征方程，⑷、根據(jù)任何一組軸向切深、徑向切深、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率組成的工藝參數(shù)，通過計算特征方程的輻角變化量，對銑削加工中系統(tǒng)在下的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷。有益效果是，該方法計算簡單，為切削加工的理論研究提供一種新的穩(wěn)定性判別方法。
【專利說明】一種銑削加工中系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別方法 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機械加工領(lǐng)域中的銑削加工中系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別方法，特別是一種銑 削加工中顫振問題的一種穩(wěn)定性判別法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代飛機、航天器性能要求的不斷提高，對各類整體結(jié)構(gòu)件的加工進(jìn)行高速、 高效、高精度加工。金屬切削是一個復(fù)雜過程，涉及彈、塑性力學(xué)、摩擦學(xué)、熱力學(xué)、材料科 學(xué)、機械動力學(xué)等諸多學(xué)科。然而，在切削加工過程中最突出的問題之一就是工件的加工變 形，而顫振是影響工件變形的一個非常重要的因素。加工過程中的顫振可使加工系統(tǒng)喪失 穩(wěn)定性，影響加工精度和工件表面質(zhì)量，降低加工效率，甚至造成工件報廢。因此，顫振對 切削加工系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究一直是加工技術(shù)研究的焦點問題。
[0003] 加工中研究顫振問題中，加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性Lobe圖能很好的體現(xiàn)偏微分方程平 衡點的穩(wěn)定性。目前，構(gòu)造穩(wěn)定性圖的方法主要有St6pdn提出的D曲線法、時間有限元法、 半離散法（Semi-discret ization method)和全離散法（Full-discretization method)。 本發(fā)明利用Laplace變換得到系統(tǒng)方程的特征方程，通過計算特征方程的幅角變化量來判 別方程的穩(wěn)定性，該方法計算簡單，為切削加工的理論研究提供一種新的穩(wěn)定性判別方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明對于銑削加工中描述動力系統(tǒng)的微分方程尋求一種計算簡單穩(wěn)定性的判 別方法。本發(fā)明將銑削加工動力學(xué)系統(tǒng)時滯-磁滯微分方程轉(zhuǎn)化成中立型矩陣方程形式， 利用輻角原理計算輻角變化量提出了顫振問題的一種穩(wěn)定性判別法。對于矩陣方程，利用 Laplace變換，得到其特征方程，通過計算特征方程的輻角變化量判別系統(tǒng)在某組銑削加工 工藝參數(shù)下的穩(wěn)定性，通過計算不同銑削加工工藝參數(shù)下的穩(wěn)定性，獲得動力系統(tǒng)的穩(wěn)定 性Lobe圖。
[0005] 本發(fā)明實現(xiàn)該方法的步驟：銑削加工中系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別方法。該方法包括下列 步驟：
[0006] ⑴、利用切切削實驗裝置，按設(shè)計一組由不同軸向切深、徑向切深、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn) 給率組成的工藝參數(shù)組，進(jìn)行正交實驗方案，獲得一組切削力切向、徑向、軸向力分力的實 驗數(shù)據(jù)：
[0007] ⑵、根據(jù)步驟⑴實驗測得的實驗數(shù)據(jù)均值，建立平均切削力模型、切削力系數(shù)模 型，計算平均切削力和切削力系數(shù)，具體計算如下：
[0008] A、定義工件坐標(biāo)系XYZ與刀具坐標(biāo)系XtYtZt [0009]B、建立平底刀微元切削力模型：
[0010]
[0011] 其中，F(xiàn)t，F(xiàn)r，F(xiàn)a分別為切削力的切向、徑向、軸向力分量。dS，t n，db分別為FCN坐 標(biāo)系中表示接觸弧長微元、未變形切厚微元和切寬微元；
[0012] C、工件坐標(biāo)系中平均切削力的計算：
[0013] 將刀具坐標(biāo)系xtytzt中切削力分量

【權(quán)利要求】
1. 一種銑削加工中系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別方法。其特征在于：該方法包括下列步驟： ⑴、利用切屑力實驗裝置，按設(shè)計一組由不同軸向切深、徑向切深、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率 組成的工藝參數(shù)組，分別進(jìn)行正交實驗方案，獲得一組切削力切向、徑向、軸向力分力的實 驗數(shù)據(jù)： ⑵、根據(jù)步驟⑴實驗測得的實驗數(shù)據(jù)均值，建立平均切削力模型、切削力系數(shù)模型，計 算平均切削力和切削力系數(shù)，具體計算如下： A、 定義工件坐標(biāo)系XYZ與刀具坐標(biāo)系XtYtZt B、 建立平底刀微元切削力模型：
其中，F(xiàn)t，F(xiàn)r，F(xiàn)a分別為切削力的切向、徑向、軸向力分量。dS，tn，db分別為FCN坐標(biāo)系 中表示接觸弧長微元、未變形切厚微元和切寬微元； C、 工件坐標(biāo)系中平均切削力的計算： ~dF~ 將刀具坐標(biāo)系XtYtZt中切削力分量，沿著接觸刀刃積分，獲得刀具坐標(biāo)系中的平 dFu_ 均切削力三分量Fvt，然后轉(zhuǎn)換至工件坐標(biāo)系盡： k_ D、 切削力系數(shù)的標(biāo)定： 用測力儀測量獲得平均力信號，代入上述建立的工件坐標(biāo)系下的平均切削力盡，用 u- 最小二乘法獲取待標(biāo)定切削力系數(shù)Kte，Kt。，mKa。。 ⑶、根據(jù)步驟⑵獲得的切削力系數(shù)，建立銑削加工中描述動力系統(tǒng)顫振問題的微分方 程，將該方程變換為一種中立型矩陣方程形式，利用Laplace變換，得到其特征方程，具體 計算如下： X{t) = AX{t) + BX{t-T)+/；!''Κ{θ)Χ{? + θ)?θ- Κ{θ)Χ{?-τ + θ)?θ (I) 其中X(〖)eRn,4反鞏外句的e 。利用Laplace變換，得到其特征方程 P(z)- dct[z/ -A -B-R(z) - K(z)]- O (2) ⑷、根據(jù)任何一組軸向切深、徑向切深、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率組成的工藝參數(shù)，通過計算 特征方程的輻角變化量，對銑削加工中系統(tǒng)在下的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷： A、 特征方程P(z)的相曲線與虛軸是否有交點或是否包含原點〇 =(0,0)，如果P(z)的 相平面與虛軸沒有交點且不包含原點，在相平面的右半平面變化，則銑削加工系統(tǒng)穩(wěn)定： B、 特征方程P(Z)的相曲線與虛軸有交點或包含原點，則系統(tǒng)不穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銑削加工中系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別方法，其特征在于：通過 計算不同參數(shù)下的穩(wěn)定性，獲得動力系統(tǒng)的穩(wěn)定性Lobe圖，進(jìn)行銑削加工系統(tǒng)穩(wěn)定性的判 別。
【文檔編號】G06F19/00GK104239723SQ201410482336
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】杜紅, 母麗華, 趙燦, 宋作忠, 劉玉波, 石端銀 申請人:黑龍江科技大學(xué)