[发明专利]基于响应耦合的刀尖点频响函数获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床动态特性测试领域，具体是一种获取刀尖点频响函数的方法。

背景技术

随着装备制造业的不断发展，机床以及主轴性能的不断提升，高速加工在制造业中的应用越来越广泛，特别是在航空制造领域。在高速切削过程中，为了提高加工效率而尽量增大材料去除率，这样同时也带来了加工过程中不稳定的危险。这种不稳定的发生将会直接导致差的表面质量并且加速刀具、主轴以及机床部件的磨损。避免不稳定现象发生的最有效方法之一是借助稳定性叶瓣图来确定稳定切削参数。稳定性叶瓣图是主轴转速和加工参数的函数，稳定和非稳定区域取决于选择的主轴转速和轴向切深。绘制稳定性叶瓣图的先决条件是要获取机床刀尖点的动态特性，也就是刀尖点的频响函数(FRF)。

通常，在特定的加工中心上，要对不同的刀具/刀柄/主轴的组合分别测量其刀尖点的频率响应函数。这样对每种组合进行实验测量是非常耗时的，而且占用大量的机床加工时间，即繁琐也不经济。为了解决这个问题，Schmitz和Donaldson首先提出并发展了用响应耦合技术（RCSA）来预测刀尖点频响函数（FRF）的方法。并且用单个线性和扭转的弹簧对刀具-刀柄的结合部进行建模。这种方法通过在频域里耦合刀柄-主轴-机床动态特性和刀具的动态特性来预测刀尖点的动态特性。但刀具的直径或者是刀柄刀具的夹持长度发生变化时，刀具刀柄结合部的参数就必须得重新进行辨识，从而增加了实验次数。后来，Duncan和Schmitz将RCSA方法扩展到耦合刀柄和主轴，对不同的刀具和刀柄组合可以预测刀尖点的频响函数，但是要对刀柄与主轴的锥面结合部进行建模，过程繁琐，参数辨识复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于不同刀具和刀柄组合的基于响应耦合的刀尖点频响函数获取方法，解决了获取刀尖点频响函数过程中因刀具直径或刀柄刀具的夹持长度变化而需要重新辨识刀具刀柄结合部参数的问题。

实现本发明的目的所采用的具体技术方案如下：

一种刀尖点频响函数获取的方法，包括如下步骤：

（一）将整个机床加工系统划分子结构。具体的说就是将刀柄夹持端和刀具作为一个子结构，称为子结构A；把刀柄法兰和锥柄、主轴和机床其他部件作为另一个子结构，称为子结构B；将刀柄夹持端单独作为子结构C。

（二）确定子结构B在刀柄法兰端（位置u）的频响函数矩阵，即刚性联接处的频响函数矩阵R_uu。

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