一種預(yù)測(cè)葉輪顫振的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于葉輪加工穩(wěn)定性預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種預(yù)測(cè)葉輪顫振的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 顫振穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法是銳削加工過程當(dāng)中一種十分重要的理論方法。它可W有效 避免銳削過程中由再生振動(dòng)引起的加工表面質(zhì)量惡化，使得在無(wú)顫振情況下進(jìn)行零件加工 成為可能;從而有效提局了銳削加工的效率和表面質(zhì)量。
[0003] 目前，使用穩(wěn)定性葉瓣圖來(lái)預(yù)測(cè)銳削顫振是一種有效的方法。該方法基于系統(tǒng)傳 遞函數(shù)來(lái)建立不同主軸轉(zhuǎn)速與軸向切削深度之間的關(guān)系，W軸向極限切深作為穩(wěn)定性邊界 條件。由于薄壁件的剛度與刀具相近，其加工動(dòng)態(tài)特性不能忽略，需要W工件傳遞函數(shù)來(lái)獲 得穩(wěn)定性葉瓣圖。而薄壁件在銳削過程中，它的模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度等參數(shù)又隨著加工的進(jìn) 行而不斷變化，導(dǎo)致工件的傳遞函數(shù)不斷變化，具有了時(shí)變性質(zhì)。因此，薄壁件的銳削穩(wěn)定 性預(yù)測(cè)需要考慮材料去除的影響。
[0004] 目前，國(guó)內(nèi)在研究銳削穩(wěn)定性方面對(duì)于材料去除的影響考慮的不夠充分，運(yùn)極大 地影響了薄壁零件的加工質(zhì)量與加工精度。國(guó)內(nèi)學(xué)者在研究中都沒有建立材料去除時(shí)工件 傳遞函數(shù)的時(shí)變性模型。運(yùn)些學(xué)者也沒有考慮工件傳遞函數(shù)隨材料去除而不斷發(fā)生的變 化，W及由此產(chǎn)生的對(duì)銳削穩(wěn)定性預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的影響。所W之前的預(yù)測(cè)方法并不能在加工 中實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地對(duì)當(dāng)前銳削加工穩(wěn)定性做出合理的預(yù)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種預(yù)測(cè)葉輪顫振的方法。
[0006] -種預(yù)測(cè)葉輪顫振的方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟1:建立葉輪的實(shí)體模型，采用有限元分析方法對(duì)葉輪的實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃 分，得到葉輪的有限元模型；
[000引步驟2:根據(jù)葉輪的有限元模型的網(wǎng)格確定加工的子階段，將葉輪的加工過程劃分 為若干個(gè)加工子階段；
[0009] 步驟3:利用有限元分析方法求解出葉輪各加工子階段的模態(tài)參數(shù)，根據(jù)各加工子 階段的模態(tài)參數(shù)建立葉輪各個(gè)加工子階段的傳遞函數(shù)；
[0010] 步驟3.1:采用有限元實(shí)體單元模型，建立有限元實(shí)體單元的整體坐標(biāo)系，確定有 限元實(shí)體單元的幾何參數(shù)；
[0011] 步驟3.2:根據(jù)有限元實(shí)體單元的幾何參數(shù)確定有限元實(shí)體單元的形函數(shù)向量，得 到有限元實(shí)體單元內(nèi)節(jié)點(diǎn)位移的模型；
[0012] 步驟3.3:采用經(jīng)典薄板理論中的模態(tài)參數(shù)求解方法對(duì)各加工子階段的葉輪單元 進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，得到各加工子階段的有限元實(shí)體單元的單元?jiǎng)偠?，從而得到葉輪各加工子 階段的模態(tài)參數(shù)；
[0013] 步驟3.4:根據(jù)葉輪各加工子階段的模態(tài)參數(shù)考慮各加工子階段的自由度，建立葉 輪各加工子階段的傳遞函數(shù)。
[0014] 步驟4:采用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法獲得刀具系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)和葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)， 根據(jù)刀具系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)和葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)建立刀具-葉輪系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；
[0015] 步驟5:計(jì)算所述葉輪各加工子階段的模態(tài)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法獲得的葉輪 系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的差值，得到模態(tài)參數(shù)偏差向量，采用模態(tài)參數(shù)迭代函數(shù)對(duì)模態(tài)參數(shù)偏差 向量進(jìn)行迭代，得到模態(tài)參數(shù)偏差向量在模態(tài)參數(shù)容差范圍內(nèi)的各加工子階段的最終模態(tài) 參數(shù)，繪制出葉輪各加工子階段的銳削穩(wěn)定性葉瓣圖；
[0016] 步驟5.1:令迭代次數(shù)p=l，計(jì)算所述葉輪各加工子階段的模態(tài)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分 析方法獲得的葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的差值，得到模態(tài)參數(shù)偏差向量[A U1];
[0017]步驟5.2:計(jì)算模態(tài)參數(shù)容差范圍61 = 5%*[/^。日]，其中，[/^。日]為實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方 法獲得的葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的矩陣；
[0018] 步驟5.3:判斷當(dāng)前模態(tài)參數(shù)偏差向量[Δ化]是否在模態(tài)參數(shù)容差范圍ερ內(nèi)，若是， 將葉輪加工子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)作為葉輪加工子系統(tǒng)的最終模態(tài)參數(shù)，執(zhí)行步驟5.7,否則， 執(zhí)行步驟5.4;
[0019] 步驟5.4:令ρ = ρ+1，采用模態(tài)參數(shù)迭代函數(shù)更新葉輪加工子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)向量 [Up];
[0020] 所述的模態(tài)參數(shù)迭代函數(shù)如下所示：
[0021]
[0022] 其中，[Δ up-i]為第P-1次迭代的模態(tài)參數(shù)偏差向量；[up-i]為第P-1次迭代的葉輪 加工子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，[Up]為當(dāng)前葉輪加工子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，{eF}為切削力差值；
[0023] 步驟5.5:計(jì)算當(dāng)前葉輪加工子階段的模態(tài)參數(shù)向量與實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法獲得的 葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的差值，得到模態(tài)參數(shù)偏差向量[A Up];
[0024] 步驟5.6:更新模態(tài)參數(shù)容差范圍為ερ = 5 % [ Δ化-1 ]，返回步驟5.3;
[0025] 步驟5.7:采用葉輪加工子系統(tǒng)的最終模態(tài)參數(shù)輸入至所述葉輪該加工子階段的 傳遞函數(shù)中，繪制該葉輪加工子階段的銳削穩(wěn)定性葉瓣圖；
[0026] 步驟5.8:重復(fù)步驟5.1-步驟5.7，繪制出葉輪各加工子階段的銳削穩(wěn)定性葉瓣圖。
[0027] 步驟6:將葉輪各加工子階段的銳削穩(wěn)定性葉瓣圖繪制為葉輪銳削穩(wěn)定性葉瓣圖， 得到葉輪各加工子階段的銳削穩(wěn)定性極限。
[0028] 所述的采用有限元分析法對(duì)葉輪的實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分是采用塊銳或者層銳 方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
[0029] 所述有限元實(shí)體單元的幾何參數(shù)包括:有限元實(shí)體單元的尺寸參數(shù)、有限元實(shí)體 單元中屯、點(diǎn)的坐標(biāo)、有限元實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)和有限元實(shí)體單元的形函數(shù)。
[0030] 本發(fā)明的有益效果：
[0031] 本發(fā)明提出一種預(yù)測(cè)葉輪顫振的方法，對(duì)銳削穩(wěn)定性分析時(shí)，繪制穩(wěn)定性葉瓣圖 是預(yù)測(cè)顫振發(fā)生的一種直觀的方法。而對(duì)于葉輪加工過程的顫振研究中，僅僅通過零件加 工初態(tài)的動(dòng)態(tài)特性和模態(tài)參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)顫振的發(fā)生，已不能滿足葉輪穩(wěn)定性極限具有時(shí)變性 的特點(diǎn)，因此本發(fā)明針對(duì)時(shí)變性運(yùn)一特點(diǎn)，將葉輪加工過程劃分階段，并在每一個(gè)階段內(nèi)預(yù) 測(cè)一次當(dāng)前的穩(wěn)定性極限，從而跟蹤顫振發(fā)生條件的變化，是本方法的一大特點(diǎn)；為了實(shí)現(xiàn) 運(yùn)個(gè)目標(biāo)，需要將不同加工階段中的穩(wěn)定性葉瓣曲線集合為一張葉瓣圖當(dāng)中，從而體現(xiàn)穩(wěn) 定性極限隨加工過程的變化情況。運(yùn)就需要繪制W加工階段編號(hào)為第Ξ軸的，銳削過程中 軸向深度與主軸轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線;通過運(yùn)樣一種Ξ維的穩(wěn)定性曲線，可W更加直觀和 準(zhǔn)確地分析出不同時(shí)刻顫振發(fā)生的條件。從而為確定無(wú)顫振銳削區(qū)域，合理選擇工藝參數(shù) 提供了積極的幫助。
[0032] 本發(fā)明方法具有更好的理論基礎(chǔ)，運(yùn)用有限元分析的思想，直接將傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu) 的實(shí)時(shí)變化反映到穩(wěn)定性極限當(dāng)中；預(yù)測(cè)分析更具有實(shí)時(shí)性，根據(jù)有限元方法把零件加工 過程離散化，每個(gè)子階段包含的走刀數(shù)可W用軟件控制，進(jìn)而研究每一個(gè)子階段內(nèi)的穩(wěn)定 性;進(jìn)一步提高了穩(wěn)定性曲線的準(zhǔn)確性，W迭代逼近的方式來(lái)確定每個(gè)子階段的頻率響應(yīng) 函數(shù)，最終誤差可控。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中預(yù)測(cè)葉輪顫振的方法的流程圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中葉輪薄壁工件塊銳方式示意圖；
[0035] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中葉輪薄壁工件層銳方式示意圖；
[0036] 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法計(jì)算的葉輪系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù) 確定各加工子階段的最終模態(tài)參數(shù)繪制葉輪各加工子階段的銳削穩(wěn)定性葉瓣圖的流程圖；
[0037] 圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中葉輪第Ξ軸的四個(gè)加工子階段的離散Ξ維穩(wěn)定性葉 瓣圖；
[0038] 圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中葉輪第Ξ軸的四個(gè)加工子階段的連