一種基于可靠性葉瓣圖的車削加工顫振預測方法
【專利摘要】一種基于可靠性葉瓣圖的車削加工顫振預測方法，包括：獲取車刀在模態(tài)力錘激勵下的振動加速度；獲得車床刀尖點位移頻響函數(shù)；分析獲得主模態(tài)參數(shù)；獲得各主模態(tài)參數(shù)的均值及標準差；獲得車床主軸轉(zhuǎn)速的標準差的均值；獲得顫振頻率的均值和標準差，生成顫振穩(wěn)定性葉瓣圖；將顫振穩(wěn)定性葉瓣圖形成二維平面(Ω，b)，計算網(wǎng)格化的二維平面中每一個節(jié)點的顫振可靠度；繪制車削加工的可靠性葉瓣圖；進行車削加工顫振預測；在不同的主軸轉(zhuǎn)速時，按照可靠性葉瓣圖中等高線以下切削寬度進行加工。本發(fā)明提供按照所選擇的主軸轉(zhuǎn)速和切寬工藝參數(shù)進行加工時發(fā)生顫振的概率信息，同時也可以提供一個根據(jù)顫振概率選擇工業(yè)參數(shù)的范圍。
【專利說明】一種基于可靠性葉瓣圖的車削加工顫振預測方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于機床動力學【技術領域】，具體涉及一種基于可靠性葉瓣圖的車削加工顫 振預測方法。

【背景技術】
[0002] 金屬加工過程中（包括車削、銑削、鉆削、磨削等）再生顫振是一種位移延時反饋 自激振動，是在穩(wěn)定的輸入下，由于系統(tǒng)內(nèi)部反饋而出現(xiàn)的振動現(xiàn)象。顫振預測目前主要采 用通過對機床的加工系統(tǒng)進行頻響函數(shù)測試，進而繪制出該機床的穩(wěn)定性葉瓣圖。穩(wěn)定性 葉瓣圖橫坐標為轉(zhuǎn)速（單位：轉(zhuǎn)/分），縱坐標為極限切寬（單位：mm)，穩(wěn)定性葉瓣圖將平 面分為穩(wěn)定和不穩(wěn)定（即顫振）兩部分，位于曲線下方的為穩(wěn)定區(qū)域，位于曲線上方的為顫 振區(qū)域。
[0003] 在獲得穩(wěn)定性葉瓣圖的整個過程中，測試獲得的頻響函數(shù)由于操作方法、傳感器 品質(zhì)、傳感器按照方式等因素，會導致測試結(jié)果具有隨機特性（不確定性）。這些隨機特征 將會最終影響獲得的穩(wěn)定性葉瓣圖。
[0004] 因此，顫振穩(wěn)定性葉瓣圖是根據(jù)不考慮隨機特征（如方差，四階矩等）的確定量參 數(shù)生成的曲線。由于這個原因，穩(wěn)定性葉瓣圖有一定的局限性，在工業(yè)現(xiàn)場的應用過程中， 將會出現(xiàn)在穩(wěn)定區(qū)域出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，或者在不穩(wěn)定區(qū)域出現(xiàn)穩(wěn)定的情況。另外，即使都 是在穩(wěn)定區(qū)域的兩個不同點也不能定量比較哪一個更穩(wěn)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種基于可靠性葉瓣圖的車削加工顫振預 測方法。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是：
[0007] -種基于可靠性葉瓣圖的車削加工顫振預測方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :利用模態(tài)力錘對車刀進行激勵，獲取車刀在模態(tài)力錘激勵下的振動加速 度；
[0009] 步驟2 :根據(jù)模態(tài)力錘的激振力和車刀在模態(tài)力錘激勵下的振動加速度獲得車床 刀尖點位移頻響函數(shù)；
[0010] 步驟3 :從車刀刀尖點位移頻響函數(shù)中分析獲得主模態(tài)參數(shù)，包括：模態(tài)質(zhì)量、模 態(tài)阻尼和模態(tài)剛度；
[0011] 步驟4 :多次重復步驟1?步驟3,獲得各主模態(tài)參數(shù)的均值及標準差；
[0012] 步驟5 :采用轉(zhuǎn)速傳感器多次測試車床主軸轉(zhuǎn)速Ω，獲得車床主軸轉(zhuǎn)速的標準差 的均值；
[0013] 步驟6 :按照模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)阻尼和模態(tài)剛度和車床主軸轉(zhuǎn)速的標準差的均值，獲 得顫振頻率的均值和標準差，生成顫振穩(wěn)定性葉瓣圖；
[0014] 步驟7 :以車床主軸轉(zhuǎn)速Ω為橫坐標，以切削寬度b為縱坐標，將顫振穩(wěn)定性葉瓣 圖形成二維平面（Ω，b)，將該二維平面網(wǎng)格化，計算網(wǎng)格化的二維平面中每一個節(jié)點的顫 振可靠度，即按照每一節(jié)點對應的主軸轉(zhuǎn)速和切削寬度進行加工時不發(fā)生顫振的概率值；
[0015] 步驟7-1 :建立車削加工顫振可靠度數(shù)學模型，車削加工顫振可靠度是具有模態(tài) 質(zhì)量m、模態(tài)阻尼c、模態(tài)剛度k的車削系統(tǒng)，車削加工顫振可靠度是在給定車床主軸轉(zhuǎn)速Ω 和切削寬度b的條件下不發(fā)生顫振的概率值；
[0016] 車削加工顫振可靠度數(shù)學模型如下：
[0017]

【權利要求】
1. 一種基于可靠性葉瓣圖的車削加工顫振預測方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1:利用模態(tài)力錘對車刀進行激勵，獲取車刀在模態(tài)力錘激勵下的振動加速度； 步驟2 :根據(jù)模態(tài)力錘的激振力和車刀在模態(tài)力錘激勵下的振動加速度獲得車床刀尖 點位移頻響函數(shù)； 步驟3 :從車刀刀尖點位移頻響函數(shù)中分析獲得主模態(tài)參數(shù)，包括：模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)阻 尼和模態(tài)剛度； 步驟4 :多次重復步驟1?步驟3,獲得各主模態(tài)參數(shù)的均值及標準差； 步驟5 :采用轉(zhuǎn)速傳感器多次測試車床主軸轉(zhuǎn)速Q(mào)，獲得車床主軸轉(zhuǎn)速的標準差的均 值； 步驟6 :按照模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)阻尼和模態(tài)剛度和車床主軸轉(zhuǎn)速的標準差的均值，獲得顫 振頻率的均值和標準差，生成顫振穩(wěn)定性葉瓣圖； 步驟7 :以車床主軸轉(zhuǎn)速D為橫坐標，以切削寬度b為縱坐標，將顫振穩(wěn)定性葉瓣圖形 成二維平面（D，b)，將該二維平面網(wǎng)格化，計算網(wǎng)格化的二維平面中每一個節(jié)點的顫振可 靠度，即按照每一節(jié)點對應的主軸轉(zhuǎn)速和切削寬度進行加工時不發(fā)生顫振的概率值； 步驟7-1 :建立車削加工顫振可靠度數(shù)學模型，車削加工顫振可靠度是具有模態(tài)質(zhì)量m、模態(tài)阻尼c、模態(tài)剛度k的車削系統(tǒng)，車削加工顫振可靠度是在給定車床主軸轉(zhuǎn)速D和切 削寬度b的條件下不發(fā)生顫振的概率值； 車削加工顫振可靠度數(shù)學模型如下：
其中，&為車削加工顫振可靠度，車削顫振可靠性極限狀態(tài)函數(shù)gx(X) =b-blim，切削寬 度極限
是由隨機變量X表示的狀態(tài)函數(shù)，X= (m,c,k, ?) T，父1；是X空間滿足gJX)〈0的子集，x是X空間的隨機變量，心為切削力系數(shù)，《為顫振頻 率； 步驟7-2 :利用車削加工顫振可靠度數(shù)學模型計算網(wǎng)格化的二維平面中每一個節(jié)點的 顫振可靠度； 步驟8 :根據(jù)車削加工顫振可靠度繪制車削加工的可靠性葉瓣圖：設定顫振可靠度水 平值并在根據(jù)該顫振可靠度水平值在可靠性葉瓣圖中繪制等高線，該等高線將網(wǎng)格化的二 維平面分成兩個區(qū)域，即得到車削加工的可靠性葉瓣圖； 步驟9 :根據(jù)車削加工的可靠性葉瓣圖進行車削加工顫振預測：在車削加工的可靠性 葉瓣圖中，等高線以下區(qū)域的節(jié)點對應的主軸轉(zhuǎn)速和切削寬度在車削加工時不發(fā)生顫振的 概率值大于顫振可靠度水平值，等高線以上區(qū)域的節(jié)點對應的主軸轉(zhuǎn)速和切削寬度在車削 加工時不發(fā)生顫振的概率值小于顫振可靠度水平值； 步驟10 :進行車削加工過程中，在不同的主軸轉(zhuǎn)速時，按照可靠性葉瓣圖中等高線以 下切削寬度進行加工。
【文檔編號】G06F17/50GK104484506SQ201410691484
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權日:2014年11月25日
【發(fā)明者】劉宇, 張義民 申請人:東北大學