[发明专利]混联机床铣削稳定性预测方法

说明书

本发明公开了一种混联机床铣削稳定性预测方法，包括：将混联机床系统整体划分为刀具、刀柄、主轴、并联/并混联机构，刀具‑刀柄‑主轴作为第一子结构，并联/并混联机构作为第二子结构；测量获取第一子结构和第二子结构的频响函数，并得到刀尖点频响函数；建立物理坐标系下的铣削动力学方程；将物理坐标系下的铣削动力学方程转化为模态坐标系下的铣削动力学方程；求解模态坐标系下的铣削动力学方程，获取状态转移矩阵；对状态转移矩阵的特征值进行判断，并绘制稳定性叶瓣图；根据稳定性叶瓣图对所述混联机床系统进行铣削稳定性预测。本发明综合考虑了并联机构低阶动态特性和中高阶动态特性影响，能够更加准确地对混联机床铣削稳定性进行预测。

技术领域

本发明涉及机床制造技术领域，具体地，涉及一种混联机床铣削稳定性预测方法。

背景技术

21世纪以来，并联机构由于其高刚度、高精度、承载能力等优点在工业界得到越来越广泛的应用。并联机床作为机床结构的创新，理论上相较传统机床在精度、刚度方面表现良好，并且重量轻、加工灵活性好，在国内外得到了广泛关注。但纵观国内外现有的混联机床，可实用化和产业化的产品非常有限。国内外混联机床的静态性能和动态性能等方面都或多或少存在一些问题。目前通过理论分析和仿真模拟得到的机床静刚度和动态特性与实际测量的差距较大，不能达到设计要求，说明在静态、动态特性预测等方面存在尚未发现或者尚未解决的问题。

颤振是金属切削过程中刀具和工件之间产生的一种非常强烈的自激振动，由切削力激发并且维持振动不会衰减，是机床加工过程中的主要振动现象，对加工精度和刀具寿命等造成很大影响。在机床铣削稳定性测量方面，对传统机床的研究较为广泛，传统机床震颤稳定性研究以刀具-刀柄-主轴系统的稳定性为主，主要考虑主轴、刀柄和刀具的柔性以及主轴-刀柄和刀柄-刀具接合面特性等，基本上不考虑由机床结构引发的震颤问题。这是因为串联机床结构设计较为成熟，结构参数较为合理，可以保证串联机床结构具有较好的静刚度和动态特性，从而在加工铣削过程中基本上不会引发机床结构的颤振。

但对混联机床来讲，由于并联机构的构型特性，其在不同姿态下静刚度特性变化较大，同时大部分混联机床结构都是新型结构，各部件结构设计和优化工作尚不完善，装配方法和流程也并不标准，导致混联机床的结构刚度不是很理想。因此，基于目前的机床铣削稳定性预测方法，测量得到的混联机床静刚度和动态特性与实际值差距较大。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种混联机床铣削稳定性预测方法，以解决现有的稳定性预测方法的预测结果与实际偏差较大的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种混联机床铣削稳定性预测方法，包括以下步骤：

将混联机床系统整体划分为刀具、刀柄、主轴、并联/并混联机构，其中，刀具-刀柄-主轴作为第一子结构，并联/并混联机构作为第二子结构；

测量获取所述第一子结构和所述第二子结构的频响函数，并利用导纳耦合法得到刀尖点频响函数；

以铣削工件为刚性体，混联机床系统为柔性体，建立正交两个方向多自由度的物理坐标系下的铣削动力学方程；

将物理坐标系下的铣削动力学方程转化为模态坐标系下的铣削动力学方程；

采用全离散时域法求解模态坐标系下的铣削动力学方程，获取状态转移矩阵；

根据弗洛凯理论，对状态转移矩阵的特征值进行判断，得出所述混联机床系统的稳定状态，并绘制稳定性叶瓣图；

根据稳定性叶瓣图对所述混联机床系统进行铣削稳定性预测。

优选地，物理坐标系下的铣削动力学方程，如下式所示：