CN110936191A - 一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置及方法，叶片加工振动控制装置还包括减震器支撑板和若干个阻尼减震器，减震器支撑板的左端与左端夹持盘固定连接，右端与右端夹持盘固定连接，减震器支撑板与叶片间隙配合，减震器支撑板上设置有若干个装夹孔，阻尼减震器一端能装在装夹孔中固定，另一端与叶片固定连接，且不同的阻尼减震器与叶片的不同位置固定连接。本发明通过有限元仿真分析和试验验证相结合的方法进行加工颤振的预测,能快速找到最佳颤振控制方案，并控制颤振的产生。具有试验成本低，效率高，的优点，有很高的实际使用价值。

Description

一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置及方法
技术领域
本发明涉及一种叶片加工振动控制方法及装置，特别涉及一种对车铣加工机床用叶片加工振动进行控制的装置及方法。
背景技术
叶片作为航空发动机的重要组成部分，其加工精度对于航空发动机的性能有着重要影响。叶片成型后，进排气边区域余量较少，并且进排气边部分径向余量和叶身侧边余量不均匀，需要在车铣复合加工中心上进行多轴铣削加工。其中，加工过程中的颤振问题是现在叶片加工中遇到的主要问题之一,叶片加工的颤振直接影响叶片的加工精度以及表面粗糙度,严重情况甚至会导致工件报废。通过大量试验的方法来探索避免颤振的方法，不但试验成本高，而且效率很低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置及方法。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置，包括安装在车铣加工机床上的左端夹持盘和右端夹持盘,左端夹持盘用于夹持叶片的左端，右端夹持盘用于夹持叶片的右端，其中：叶片加工振动控制装置还包括减震器支撑板和若干个阻尼减震器，减震器支撑板的左端与左端夹持盘固定连接，右端与右端夹持盘固定连接，减震器支撑板与叶片间隙配合，减震器支撑板上设置有若干个装夹孔，阻尼减震器一端能装在装夹孔中固定，另一端与叶片固定连接，且不同的阻尼减震器与叶片的不同位置固定连接。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的左端夹持盘固定有左一夹持块和左二夹持块，叶片的左端通过左一固定块和左二固定块夹持固定，左一固定块与左一夹持块固定连接，左二固定块与左二夹持块固定连接。
上述的右端夹持盘固定有右一夹持块和右二夹持块，叶片的右端能伸至右一夹持块和右二夹持块之间，被右一夹持块和右二夹持块夹紧。
上述的左一夹持块和左二夹持块通过铆钉与左端夹持盘固定连接，右一夹持块和右二夹持块通过铆钉与右端夹持盘固定连接。
上述的减震器支撑板通过螺钉与左端夹持盘和右端夹持盘固定，阻尼减震器一端通过锁紧螺母与减震器支撑板连接，另一端固定于叶片的叶盆面。
一种车铣加工机床用叶片加工振动控制方法，包括以下步骤：
步骤一、将叶片左端固定在左端夹持盘上后，控制机床运作，将叶片右端伸入右端夹持盘中，使右端夹持盘夹紧叶片右端，实现叶片固定；
步骤二、对叶片的不同位置分别进行锤击试验，获得叶片不同位置的振动响应曲线；
步骤三、对叶片不同位置的振动响应曲线建立叶片加工振动的传递函数矩阵；
步骤四、建立叶片、左端夹持盘、右端夹持盘、减震器支撑板以及阻尼减震器的三维模型，将建立的三维模型导入有限元仿真软件；
步骤五、在有限元仿真软件中将阻尼减震器的模型安装到减震器支撑板和叶片之间，对叶片的传递函数进行求解，得到安装了阻尼减震器后叶片不同位置的传递函数；由于阻尼减震器的数量和安装位置可调，因此，在有限元仿真软件中历遍不同个数阻尼减震器、阻尼减震器安装在减震器支撑板不同位置和安装在叶片不同位置的情况，获得多组传递函数；
步骤六、建立传递函数优化模型，根据拟合方法对多组传递函数建立多组矩阵，其中，传递函数矩阵响应最小的方案，即最优振动控制方案；
步骤七、建立系统动力学模型，将最优振动控制方案的传递函数代入系统动力学模型中进行稳定性预测求解，结果与预设的叶片加工颤振的阈值比较，符合要求则使用该最优振动控制方案，不符合要求则舍弃该最优振动控制方案，重复步骤六，获得第二最优振动控制方案，再将第二最优振动控制方案的传递函数代入系统动力学模型中进行稳定性预测求解，结果与叶片加工颤振的阈值比较，如此反复，直至有一种振动控制方案符合预设的叶片加工颤振的阈值，该符合预期的方案为实施方案；
步骤八、根据实施方案，将减震器支撑板安装到车铣加工机床用夹具上，然后在减震器支撑板和叶片之间安装阻尼减震器；
步骤九、通过锤击试验测量传递函数并与有限元模拟结果对比验证，保证叶片实际振动结果与有限元模拟结果相一致。
减震器支撑板用于固定阻尼减震器的点位以及叶片上用于固定阻尼减震器的点位有限。
步骤六中，传递函数优化模型为：
Figure BDA0002311577780000021
目标优化表达式为
Figure BDA0002311577780000031
其中y(s)为位移，F(s)为激励力，ωn为系统固有频率，ε为系统阻尼比，ky为Y方向的切削力系数。xi为多个阻尼减震器在坐标系里的x坐标，yi分别为多个阻尼减震器在坐标系里的y坐标，ai为目标函数系数,c为常数项。其中根据叶片的长度和宽度，确定约束条件为0＜xi＜50,0＜yi＜300。
本发明具有以下优点：
1、本发明通过有限元仿真分析和试验验证相结合的方法进行加工颤振的预测,能快速找到最佳颤振控制方案，并控制颤振的产生。
2、针对不同叶片的加工，叶片的不同部位颤振要求也不相同，本发明可以通过建立系统动力学模型，依次求解最优振动控制方案的方式，找到既满足预设的叶片加工颤振的阈值又具有叶片整体最低颤振的振动控制方案。
3、本发明试验成本低，效率高，具有很高的实际使用价值。
附图说明
图1是本发明的叶片加工振动控制方法的流程图；
图2和图3为叶片加工振动控制装置结构图。
附图标记为：左端夹持盘 1、左一夹持块 11、左二夹持块 12、右端夹持盘 2、右一夹持块 21、右二夹持块 22、叶片 3、左一固定块 31、左二固定块 32、减震器支撑板 4、装夹孔 41、阻尼减震器 5。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
本实施例的一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置，包括安装在车铣加工机床上的左端夹持盘1和右端夹持盘2,左端夹持盘1用于夹持叶片3的左端，右端夹持盘2用于夹持叶片3的右端，其中：叶片加工振动控制装置还包括减震器支撑板4和若干个阻尼减震器5，减震器支撑板4的左端与左端夹持盘1固定连接，右端与右端夹持盘2固定连接，减震器支撑板4与叶片3间隙配合，减震器支撑板4上设置有若干个装夹孔41，阻尼减震器5一端能装在装夹孔41中固定，另一端与叶片3固定连接，且不同的阻尼减震器5与叶片3的不同位置固定连接。
实施例中，左端夹持盘1固定有左一夹持块11和左二夹持块12，叶片3的左端通过左一固定块31和左二固定块32夹持固定，左一固定块31与左一夹持块11固定连接，左二固定块32与左二夹持块12固定连接。
实施例中，右端夹持盘2固定有右一夹持块21和右二夹持块22，叶片3的右端能伸至右一夹持块21和右二夹持块22之间，被右一夹持块21和右二夹持块22夹紧。
实施例中，左一夹持块11和左二夹持块12通过铆钉与左端夹持盘1固定连接，右一夹持块21和右二夹持块22通过铆钉与右端夹持盘2固定连接。
实施例中，减震器支撑板4通过螺钉与左端夹持盘1和右端夹持盘2固定，阻尼减震器5一端通过锁紧螺母与减震器支撑板4连接，另一端固定于叶片3的叶盆面，增加加工振动系统刚度和阻尼以减小振动。
一种车铣加工机床用叶片加工振动控制方法，包括以下步骤：
步骤一、将叶片3左端固定在左端夹持盘1上后，控制机床运作，将叶片3右端伸入右端夹持盘2中，使右端夹持盘2夹紧叶片3右端，实现叶片固定；
步骤二、对叶片3的不同位置分别进行锤击试验，获得叶片3不同位置的振动响应曲线；
步骤三、对叶片3不同位置的振动响应曲线建立叶片加工振动的传递函数矩阵；
步骤四、建立叶片3、左端夹持盘1、右端夹持盘2、减震器支撑板4以及阻尼减震器5的三维模型，将建立的三维模型导入有限元仿真软件；
步骤五、在有限元仿真软件中将阻尼减震器5的模型安装到减震器支撑板4和叶片3之间，根据实际加工状况施加约束和载荷，设置该机床系统的边界条件，包括材料的设置、夹持方式以及夹持力大小的设置，对叶片3的传递函数进行求解，得到安装了阻尼减震器5后叶片不同位置的传递函数；由于阻尼减震器5的数量和安装位置可调，因此，在有限元仿真软件中历遍不同个数阻尼减震器5、阻尼减震器5安装在减震器支撑板4不同位置和安装在叶片3不同位置的情况，获得多组传递函数；
步骤六、建立传递函数优化模型，根据拟合方法对多组传递函数建立多组矩阵，其中，传递函数矩阵响应最小的方案，即最优振动控制方案；
步骤七、建立系统动力学模型，将最优振动控制方案的传递函数代入系统动力学模型中进行稳定性预测求解，结果与预设的叶片加工颤振的阈值比较，符合要求则使用该最优振动控制方案，不符合要求则舍弃该最优振动控制方案，重复步骤六，获得第二最优振动控制方案，再将第二最优振动控制方案的传递函数代入系统动力学模型中进行稳定性预测求解，结果与叶片加工颤振的阈值比较，如此反复，直至有一种振动控制方案符合预设的叶片加工颤振的阈值，该符合预期的方案为实施方案；
步骤八、根据实施方案，将减震器支撑板4安装到车铣加工机床用夹具上，然后在减震器支撑板4和叶片3之间安装阻尼减震器5；
步骤九、通过锤击试验测量传递函数并与有限元模拟结果对比验证，保证叶片实际振动结果与有限元模拟结果相一致。
减震器支撑板4用于固定阻尼减震器5的点位以及叶片3上用于固定阻尼减震器5的点位有限。
步骤六中，传递函数优化模型为：
Figure BDA0002311577780000051
目标优化表达式为
Figure BDA0002311577780000052
其中y(s)为位移，F(s)为激励力，ωn为系统固有频率，ε为系统阻尼比，ky为Y方向的切削力系数。xi为多个阻尼减震器在坐标系里的x坐标，yi分别为多个阻尼减震器在坐标系里的y坐标，ai为目标函数系数,c为常数项。其中根据叶片的长度和宽度，确定约束条件为0＜xi＜50,0＜yi＜300。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置，包括安装在车铣加工机床上的左端夹持盘(1)和右端夹持盘(2),所述的左端夹持盘(1)用于夹持叶片(3)的左端，所述的右端夹持盘(2)用于夹持叶片(3)的右端，其特征是：叶片加工振动控制装置还包括减震器支撑板(4)和若干个阻尼减震器(5)，减震器支撑板(4)的左端与左端夹持盘(1)固定连接，右端与右端夹持盘(2)固定连接，减震器支撑板(4)与叶片(3)间隙配合，减震器支撑板(4)上设置有若干个装夹孔(41)，所述的阻尼减震器(5)一端能装在装夹孔(41)中固定，另一端与叶片(3)固定连接，且不同的阻尼减震器(5)与叶片(3)的不同位置固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置，其特征是：所述的左端夹持盘(1)固定有左一夹持块(11)和左二夹持块(12)，所述的叶片(3)的左端通过左一固定块(31)和左二固定块(32)夹持固定，所述的左一固定块(31)与左一夹持块(11)固定连接，所述的左二固定块(32)与左二夹持块(12)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置，其特征是：所述的右端夹持盘(2)固定有右一夹持块(21)和右二夹持块(22)，所述的叶片(3)的右端能伸至右一夹持块(21)和右二夹持块(22)之间，被右一夹持块(21)和右二夹持块(22)夹紧。
4.根据权利要求1所述的一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置，其特征是：所述的左一夹持块(11)和左二夹持块(12)通过铆钉与左端夹持盘(1)固定连接，所述的右一夹持块(21)和右二夹持块(22)通过铆钉与右端夹持盘(2)固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置，其特征是：所述的减震器支撑板(4)通过螺钉与左端夹持盘(1)和右端夹持盘(2)固定，阻尼减震器(5)一端通过锁紧螺母与减震器支撑板(4)连接，另一端固定于叶片(3)的叶盆面。
6.利用如权利要求1所述的一种车铣加工机床用叶片加工振动控制装置控制叶片加工振动的方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤一、将叶片(3)左端固定在左端夹持盘(1)上后，控制机床运作，将叶片(3)右端伸入右端夹持盘(2)中，使右端夹持盘(2)夹紧叶片(3)右端，实现叶片固定；
步骤二、对叶片(3)的不同位置分别进行锤击试验，获得叶片(3)不同位置的振动响应曲线；
步骤三、对叶片(3)不同位置的振动响应曲线建立叶片加工振动的传递函数矩阵；
步骤四、建立叶片(3)、左端夹持盘(1)、右端夹持盘(2)、减震器支撑板(4)以及阻尼减震器(5)的三维模型，将建立的三维模型导入有限元仿真软件；
步骤五、在有限元仿真软件中将阻尼减震器(5)的模型安装到减震器支撑板(4)和叶片(3)之间，对叶片(3)的传递函数进行求解，得到安装了阻尼减震器(5)后叶片不同位置的传递函数；由于阻尼减震器(5)的数量和安装位置可调，因此，在有限元仿真软件中历遍不同个数阻尼减震器(5)、阻尼减震器(5)安装在减震器支撑板(4)不同位置和安装在叶片(3)不同位置的情况，获得多组传递函数；
步骤六、建立传递函数优化模型，根据拟合方法对多组传递函数建立多组矩阵，其中，传递函数矩阵响应最小的方案，即最优振动控制方案；
步骤七、建立系统动力学模型，将最优振动控制方案的传递函数代入系统动力学模型中进行稳定性预测求解，结果与预设的叶片加工颤振的阈值比较，符合要求则使用该最优振动控制方案，不符合要求则舍弃该最优振动控制方案，重复步骤六，获得第二最优振动控制方案，再将第二最优振动控制方案的传递函数代入系统动力学模型中进行稳定性预测求解，结果与叶片加工颤振的阈值比较，如此反复，直至有一种振动控制方案符合预设的叶片加工颤振的阈值，该符合预期的方案为实施方案；
步骤八、根据实施方案，将减震器支撑板(4)安装到车铣加工机床用夹具上，然后在减震器支撑板(4)和叶片(3)之间安装阻尼减震器(5)；
步骤九、通过锤击试验测量传递函数并与有限元模拟结果对比验证，保证叶片实际振动结果与有限元模拟结果相一致。
7.根据权利要求6所述的一种车铣加工机床用叶片加工振动控制方法，其特征是：所述的减震器支撑板(4)用于固定阻尼减震器(5)的点位以及叶片(3)上用于固定阻尼减震器(5)的点位有限。
8.根据权利要求7所述的一种车铣加工机床用叶片加工振动控制方法，其特征是：步骤六中，传递函数优化模型为：
传递函数的模型为
Figure FDA0002311577770000021
目标优化表达式为
Figure FDA0002311577770000022
其中y(s)为位移，F(s)为激励力，ωn为系统固有频率，ε为系统阻尼比，ky为Y方向的切削力系数。xi为多个阻尼减震器在坐标系里的x坐标，yi分别为多个阻尼减震器在坐标系里的y坐标，ai为目标函数系数,c为常数项。其中根据叶片的长度和宽度，确定约束条件为0＜xi＜50，0＜yi＜300。
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CN110936191B (zh) 2021-01-26

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