CN106541301A - 一种变螺旋铣刀切削稳定性快速预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种变螺旋铣刀切削稳定性快速预测方法。方法主要通过选定有限波长及波长为增量，在刀具旋转圆周期内进行颤振波长扫描；在获取主轴系统模态特性基础上，在主模态附近选择颤振频率，基于颤振频率计算颤振波长，进而计算获得主轴转速；基于该主轴转速等变量获得极限切削深度；若切削深度实部为正数，虚部为零，则保留该切削深度值及主轴转速，循环扫描颤振波长；若其为负数，则被舍弃，继续进行颤振频率扫描；扫描完毕，最终获得主轴转速和极限切削深度数据点，绘制稳定性叶瓣图。方法克服了传统时域方法大量无效点计算效率低等问题，同时有利于快速获得变螺旋铣刀切削过程稳定性区域。
Description
技术领域
本发明属于零件加工制造技术，具体涉及一种变螺旋铣刀切削过程稳定性快速预测方法。
背景技术：
铣削加工作为一种先进的加工技术，广泛应用于航空、航天、船舶、模具及汽车等领域。该领域要求从金属结构中切除大量金属材料且保证加工过程的高效性和精确性。铣削颤振是发生在加工过程中的一种自激振动现象，该现象加剧刀具磨损，减小加工中心的使用寿命，降低工件表面加工精度，严重制约加工中心的使用效率。作为一种较好的颤振稳定性被动控制方法，变螺旋铣刀切削稳定性性研究以优化加工参数和刀具结构实现加工过程无颤振材料最大去除率为目标，因此，开展该问题系统、深入的研究对提高实际加工生产率，对于增强我国制造业的竞争力具有重大的实用价值。
专利“一种预测高速主轴系统切削稳定性区域的方法(申请号CN201410183567)”提出了一种可准确获得不同转速下的切削稳定性图，不同转速下的极限切深的方法。但该方法主要针对高速切削系统，且适用范围只能是常规铣刀，对于非标铣刀，如本文中的变螺旋铣刀，该方法并不适用。现有的相关参考文献及资料中也给出了一些变螺旋铣刀相关切削稳定性求解方法，但由于方法都在时域中进行，求解效率存在巨大差距，并不适用于工程应用。
切削参数选择是影响零件数控加工效率、精度和表面质量的重要因素。以具有良好抑振性能的变螺旋铣刀为研究目标，针对该类铣刀切削稳定性预测现有方法工程适用性差等不足，寻找一种高效求解方法，实现稳定性切削加工参数选择的快速性，大幅提高加工效率和精度，以满足相关科技工程领域对精密铣削加工技术的迫切需求。
发明内容：
本发明的目的是提出一种变螺旋铣刀切削稳定性快速预测方法，通过快速获取切削稳定性区域，缩短获取有效切削参数时间，提高加工效率和精度。
本发明的技术方案包括以下步骤：
步骤1：在刀具旋转圆周期内，选定有限波长(例如αl ， j＝5度)，以此为增量，进行颤振波长αl ， j扫描；
步骤2：在主模态附近选择颤振频率ωc，并基于颤振频率计算颤振波长αl ， j，将所得波长和颤振频率代入公式获得主轴转速；
步骤3：将所得转速等变量代入公式获得极限切削深度；
步骤4：考虑到切削深度是物理量，必须是实数，因此，若所得切深实部为正数，虚部为零，则保留该切削深度值及主轴转速。继续扫描颤振波长αl ， j，即进行第1步操作；
步骤5：若所获得的轴向切深不满足第4步的要求，则该组值将被舍弃，继续扫描颤振频率ωc，即进行第2步操作；
步骤6：继续扫描，直至颤振频率扫描完毕。获取主轴转速和极限切削深度数据点，绘制稳定性叶瓣图。
本发明的直接效果体现在以下两个方面：
1.针对变螺旋铣刀提出该方法，将减小加工过程中引起的工艺系统强迫振动，可获得较好的表面加工质量，提高刀具的耐用度。
2.可以大大减少变螺旋铣刀切削过程稳定性区域预测。从而减少切削参数选择时间，提高了加工效率。
附图说明：
图1是刀齿轴向离散示意图；
图2是稳定性预测流程图。
具体实施方式：
步骤1：在10-3600度范围内，以有限波长αl ， j＝5度为增量，扫描颤振波长αl ， j；
步骤2：在主模态附近选择颤振频率ωc；
考虑颤振波长αl ， j计算公式
其中，kl ， j为叶瓣数，εl ， j为切削表面的相位移动。在只考虑第1齿的情况下，将所得波长和颤振频率代入如下公式获得主轴转速
步骤3：将所得转速等变量代入公式获得极限切削深度。
(1)由于刀齿变螺旋特性，将齿身沿着长度方向切片，每片所对应的齿间角可表示为：
其中，M为轴向离散分数，βj为第j齿所对应的螺旋角，R为刀具半径
(2)计算一元三次方程各系数；
其中，Ω为切削速度(rpm)，ψj为第j齿所对应的端齿间角
(3)一元三次方程求跟获取极限切削深度
其中，
步骤4：考虑到切削深度是物理量，必须是实数，因此，若所得切深实部为正数，虚部为零，则保留该切削深度值及主轴转速。继续扫描颤振波长αl ， j，即进行第一步操作；
步骤5：若所获得的轴向切深不满足第4步的要求，则该组值将被舍弃，继续扫描颤振频率ωc，即进行第二步操作；
步骤6：继续扫描，直至颤振频率扫描完毕。获取主轴转速和极限切削深度数据点，绘制稳定性叶瓣图。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (1)
1.一种变螺旋铣刀切削稳定性快速预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选定有限波长，并以此波长为增量，在刀具旋转圆周期内进行颤振波长扫描，并记录相关数据点；
步骤2：获取“主轴-刀柄-刀具”切削系统模态特性，在主模态附近选择颤振频率，并基于颤振频率计算颤振波长，根据所得波长和该颤振频率计算获得主轴转速；
步骤3：利用步骤2所得转速等变量获得极限切削深度；
步骤4：考虑到切削深度是物理量，必须是实数，因此，若所得切深实部为正数，虚部为零，则保留该切削深度值及主轴转速。继续进行第1步操作，即扫描颤振波长；
步骤5：若所获得的轴向切深不满足步骤4的要求，则该组值将被舍弃，继续进行第2步操作，即扫描颤振频率；
步骤6：继续扫描，直至颤振频率扫描完毕。获取主轴转速和极限切削深度数据点，根据数据点，绘制稳定性叶瓣图。
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