[发明专利]一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法

摘要

本发明公开了一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法，包括(a)为铣床主轴及配置的立铣刀组装随其同步移动的液氮冷却喷头；(b)在低温冷却的条件下执行顺铣，并通过实验计算得出切向铣削力系数、切向刃口力系数、径向铣削力系数和径向刃口力系数等切削力系数(c)对铣刀刀尖处执行锤击试验，基于试验结果拟合得到相应的位移频响函数，同时提取模态质量、模态阻尼和模态刚度等模态参数；(d)构建两自由度铣削动力学方程，然后基于该动力学方程对金属铣削过程的稳定性边界进行预测，并相应调整铣削加工参数。通过本发明，能够综合解决切削热和切削工艺系统失稳的问题，并显著提高深冷加工的最大无颤振材料去除率。

主权项

一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(a)为铣床主轴及配置的立铣刀组装液氮冷却喷头，该液氮冷却喷头随着铣床主轴和立铣刀同步移动，并用于在整个铣削过程中向立铣刀和工件切削部位喷射液氮执行低温冷却；(b)在上述低温冷却的条件下执行顺铣，并通过改进立铣刀的进给速度，测得多个不同的铣削工况下的平均切削力，然后基于以下表达式(一)和(二)及采用线性拟合的方式，计算得出包括切向铣削力系数、切向刃口力系数、径向铣削力系数和径向刃口力系数在内的一系列切削力系数：其中，表示各个铣削工况下所测得的沿着X轴加工方向的平均切削力，表示各个铣削工况下所测得的沿着Y轴加工方向的平均切削力,ap表示各个铣削工况下对应的轴向切深，ft表示各个铣削工况下对应的每齿进给量，Krc表示待拟合求解的径向铣削力系数，Ktc表示待拟合求解的切向铣削力系数，Kre表示待拟合求解的径向刃口力系数，Kte表示待拟合求解的切向刃口力系数，φst表示各个铣削工况下对应的切入角，φex表示各个铣削工况下对应的切出角，φ表示在铣削过程中不断变化的刀齿‑工件接触角，N表示刀齿数；(c)在立铣刀的端部附近设置力锤及加速度传感器，将力锤敲击力作为激励输入信号，将立铣刀刀尖点处对应产生的加速度作为输出信号，以此方式，同样在上述低温冷却的条件下执行锤击试验，然后基于试验结 果拟合得到相应的位移频响函数，同时提取包括模态质量、模态阻尼和模态刚度在内的一系列模态参数；(d)利用步骤(b)和(c)所获得的一系列切削力系数和模态参数，构建如以下表达式(三)所示的两自由度铣削动力学方程，然后基于该动力学方程对金属铣削过程的稳定性边界进行预测，并相应调整铣削加工参数：其中，mx,cx,kx分别表示通过步骤(c)所获取的立铣刀刀尖点处沿着X轴加工方向的模态质量、模态阻尼和模态刚度，my,cy,ky分别表示通过步骤(c)所获取的立铣刀刀尖点处沿着Y轴加工方向的模态质量、模态阻尼和模态刚度；q(t)为铣刀刀尖点处随着加工时刻t而变化的瞬时动态位移，q′(t)、q″(t)分别为该瞬时动态位移q(t)的一阶导数和二阶导数；Kc(t)表示随加工时刻t而变化的动态切削导向系数矩阵；Δq(t)表示立铣刀在当前加工时刻t与前一加工时刻之间之间所发生的相对位移；W表示刀齿后刀面的磨损长度；Vcut表示刀齿的切削线速度；Sp表示稳态加工时刀齿与工件之间的挤压等效面积；Ceq(t)表示随加工时刻t而变化的等效过程阻尼导向系数矩阵。