[发明专利]多模态耦合下的铣削稳定域预测方法

摘要

本发明公开了一种多模态耦合下的铣削稳定域预测方法，用于解决现有铣削稳定域预测方法效率低的技术问题。技术方案是首先通过模态测试实验测定工艺系统的传递函数，再从传递函数中提取模态参数并将其两个正交方向的模态参数按阶数进行配对组合，然后进行切削实验标定铣削力系数，基于铣削力系数和各阶模态参数采用改进半离散法得到各阶模态下的稳定性叶瓣图，最后由各阶模态得到的叶瓣图绘制在同一坐标系中，得到多模态耦合下的稳定域。经测试，当切削周期被离散为40段、80段和120段时，本发明方法比背景技术方法节省时间分别为4949.6秒、74200.4秒和344699.5秒，效率分别提高了85.9%、92.0%和88.5%。

主权项

1.一种多模态耦合下的铣削稳定域预测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将铣刀与刀柄安装于机床主轴系统，然后采用标准冲击试验测试铣刀-刀柄-机床主轴系统的模态参数，测试得到的第j阶模态参数记为m_X,j、c_X,j、k_X,j，m_Y,j、c_Y,j和k_Y,j，下标X和Y表示在X和Y方向的测试结果，下标j表示第j阶模态参数，符号m、c与k分别表示模态质量、阻尼系数以及模态刚度；步骤二、将步骤一测得的X方向的第j阶模态参数与Y方向第j阶模态参数组成一个组合，把该组合记为模态j；步骤三、通过铣削实验测试铣削力，标定切向铣削力系数K_t、径向铣削力系数K_r、刀具偏心参数ρ和λ；ρ表示刀具旋转中心与刀具几何中心的偏移量，λ表示刀具偏心产生的方向与相邻最近的刀齿头部之间的夹角；步骤四、根据铣刀几何参数以及步骤三得到的偏心参数ρ和λ，分析确定铣削系统可能出现的延时量的大小和个数，将延时量按从小到达的顺序记为N_M表示延时量的个数；步骤五、将铣削系统在模态j下的动力学控制方程表示为：MjX··(t)+CjX·(t)+KjX(t)=Σl=1NM[Hj,l(t)(X(t-τl)-X(t))]]]>其中，Mj=mX,j00mY,j]]>Cj=cX,j00cY,j]]>Kj=kX,j00kY,j]]>X(t)表示刀具动态变形向量，Hl(t)=Hl,XXHl,XYHl,YXHl,YY]]>表示方向系数矩阵，其各元素表达式如下：H_l,XX(t)＝∑[z_l,p,qsinθ_l,p,q(t)(K_tcosθ_l,p,q(t)+K_rsinθ_l,p,q(t))]H_l,XY(t)＝∑[z_l,p,qcosθ_l,p,q(t)(K_tcosθ_l,p,q(t)+K_rsinθ_l,p,q(t))]H_l,YX(t)＝∑[z_l,p,qsinθ_l,p,q(t)(-K_tsinθ_l,p,q(t)+K_rcosθ_l,p,q(t))]H_l,YY(t)＝∑[z_l,p,qcosθ_l,p,q(t)(-K_tsinθ_l,p,q(t)+K_rcosθ_l,p,q(t))]式中，每一刀齿沿轴向被离散成若干个等长的刀齿片，z_l,p,q和θ_l,p,q(t)表示第p个刀齿上第q个单元所对应的轴向长度和切削角度；下标l表示在时间t与第p个刀齿上第q个单元对应的延时量为τ_l；步骤六、对由步骤五得到的控制方程进行稳定性分析，求解与模态j对应的稳定性叶瓣图；步骤七、从j=1到j=n，重复执行步骤五与步骤六，直到得到与各阶模态对应的稳定性叶瓣图，n表示测得的最大模态数；步骤八、将由各个单阶模态得到的叶瓣图绘制在同一坐标系下，取所有叶瓣图最下缘连接成连续曲线，即做最低包络线，即可得到多模态耦合下多延时铣削系统的稳定性叶瓣图。