一种基于可靠性叶瓣图的车削加工颤振预测方法
【专利摘要】一种基于可靠性叶瓣图的车削加工颤振预测方法，包括：获取车刀在模态力锤激励下的振动加速度；获得车床刀尖点位移频响函数；分析获得主模态参数；获得各主模态参数的均值及标准差；获得车床主轴转速的标准差的均值；获得颤振频率的均值和标准差，生成颤振稳定性叶瓣图；将颤振稳定性叶瓣图形成二维平面(Ω，b)，计算网格化的二维平面中每一个节点的颤振可靠度；绘制车削加工的可靠性叶瓣图；进行车削加工颤振预测；在不同的主轴转速时，按照可靠性叶瓣图中等高线以下切削宽度进行加工。本发明提供按照所选择的主轴转速和切宽工艺参数进行加工时发生颤振的概率信息，同时也可以提供一个根据颤振概率选择工业参数的范围。
【专利说明】一种基于可靠性叶瓣图的车削加工颤振预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机床动力学【技术领域】，具体涉及一种基于可靠性叶瓣图的车削加工颤 振预测方法。
【背景技术】
[0002] 金属加工过程中（包括车削、铣削、钻削、磨削等）再生颤振是一种位移延时反馈 自激振动，是在稳定的输入下，由于系统内部反馈而出现的振动现象。颤振预测目前主要采 用通过对机床的加工系统进行频响函数测试，进而绘制出该机床的稳定性叶瓣图。稳定性 叶瓣图横坐标为转速（单位：转/分），纵坐标为极限切宽（单位：mm)，稳定性叶瓣图将平 面分为稳定和不稳定（即颤振）两部分，位于曲线下方的为稳定区域，位于曲线上方的为颤 振区域。
[0003] 在获得稳定性叶瓣图的整个过程中，测试获得的频响函数由于操作方法、传感器 品质、传感器按照方式等因素，会导致测试结果具有随机特性（不确定性）。这些随机特征 将会最终影响获得的稳定性叶瓣图。
[0004] 因此，颤振稳定性叶瓣图是根据不考虑随机特征（如方差，四阶矩等）的确定量参 数生成的曲线。由于这个原因，稳定性叶瓣图有一定的局限性，在工业现场的应用过程中， 将会出现在稳定区域出现不稳定的情况，或者在不稳定区域出现稳定的情况。另外，即使都 是在稳定区域的两个不同点也不能定量比较哪一个更稳定。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于可靠性叶瓣图的车削加工颤振预 测方法。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] -种基于可靠性叶瓣图的车削加工颤振预测方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1 :利用模态力锤对车刀进行激励，获取车刀在模态力锤激励下的振动加速 度；
[0009] 步骤2 :根据模态力锤的激振力和车刀在模态力锤激励下的振动加速度获得车床 刀尖点位移频响函数；
[0010] 步骤3 :从车刀刀尖点位移频响函数中分析获得主模态参数，包括：模态质量、模 态阻尼和模态刚度；
[0011] 步骤4 :多次重复步骤1?步骤3,获得各主模态参数的均值及标准差；
[0012] 步骤5 :采用转速传感器多次测试车床主轴转速Ω，获得车床主轴转速的标准差 的均值；
[0013] 步骤6 :按照模态质量、模态阻尼和模态刚度和车床主轴转速的标准差的均值，获 得颤振频率的均值和标准差，生成颤振稳定性叶瓣图；
[0014] 步骤7 :以车床主轴转速Ω为横坐标，以切削宽度b为纵坐标，将颤振稳定性叶瓣 图形成二维平面（Ω，b)，将该二维平面网格化，计算网格化的二维平面中每一个节点的颤 振可靠度，即按照每一节点对应的主轴转速和切削宽度进行加工时不发生颤振的概率值；
[0015] 步骤7-1 :建立车削加工颤振可靠度数学模型，车削加工颤振可靠度是具有模态 质量m、模态阻尼c、模态刚度k的车削系统，车削加工颤振可靠度是在给定车床主轴转速Ω 和切削宽度b的条件下不发生颤振的概率值；
[0016] 车削加工颤振可靠度数学模型如下：
[0017]
【权利要求】
1. 一种基于可靠性叶瓣图的车削加工颤振预测方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1:利用模态力锤对车刀进行激励，获取车刀在模态力锤激励下的振动加速度； 步骤2 :根据模态力锤的激振力和车刀在模态力锤激励下的振动加速度获得车床刀尖 点位移频响函数； 步骤3 :从车刀刀尖点位移频响函数中分析获得主模态参数，包括：模态质量、模态阻 尼和模态刚度； 步骤4 :多次重复步骤1?步骤3,获得各主模态参数的均值及标准差； 步骤5 :采用转速传感器多次测试车床主轴转速Q，获得车床主轴转速的标准差的均 值； 步骤6 :按照模态质量、模态阻尼和模态刚度和车床主轴转速的标准差的均值，获得颤 振频率的均值和标准差，生成颤振稳定性叶瓣图； 步骤7 :以车床主轴转速D为横坐标，以切削宽度b为纵坐标，将颤振稳定性叶瓣图形 成二维平面（D，b)，将该二维平面网格化，计算网格化的二维平面中每一个节点的颤振可 靠度，即按照每一节点对应的主轴转速和切削宽度进行加工时不发生颤振的概率值； 步骤7-1 :建立车削加工颤振可靠度数学模型，车削加工颤振可靠度是具有模态质量m、模态阻尼c、模态刚度k的车削系统，车削加工颤振可靠度是在给定车床主轴转速D和切 削宽度b的条件下不发生颤振的概率值； 车削加工颤振可靠度数学模型如下：
其中，&为车削加工颤振可靠度，车削颤振可靠性极限状态函数gx(X) =b-blim，切削宽 度极限
是由随机变量X表示的状态函数，X= (m,c,k, ?) T，父1；是X空间满足gJX)〈0的子集，x是X空间的随机变量，心为切削力系数，《为颤振频 率； 步骤7-2 :利用车削加工颤振可靠度数学模型计算网格化的二维平面中每一个节点的 颤振可靠度； 步骤8 :根据车削加工颤振可靠度绘制车削加工的可靠性叶瓣图：设定颤振可靠度水 平值并在根据该颤振可靠度水平值在可靠性叶瓣图中绘制等高线，该等高线将网格化的二 维平面分成两个区域，即得到车削加工的可靠性叶瓣图； 步骤9 :根据车削加工的可靠性叶瓣图进行车削加工颤振预测：在车削加工的可靠性 叶瓣图中，等高线以下区域的节点对应的主轴转速和切削宽度在车削加工时不发生颤振的 概率值大于颤振可靠度水平值，等高线以上区域的节点对应的主轴转速和切削宽度在车削 加工时不发生颤振的概率值小于颤振可靠度水平值； 步骤10 :进行车削加工过程中，在不同的主轴转速时，按照可靠性叶瓣图中等高线以 下切削宽度进行加工。
【文档编号】G06F17/50GK104484506SQ201410691484
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】刘宇, 张义民 申请人:东北大学