(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111626821.2 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 中国北方发动机 研究所 （天津） 地址 300400 天津市北辰区永 进道96号 (72)发明人 赵良宇　高健　马青怡　付博伟　 王剑豪　于凡　赵成微　朱鸿儒　 孙婷婷　于鸿飞　 (74)专利代理 机构 天津企兴智财知识产权代理 有限公司 12 226 专利代理师 薛萌萌 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种薄壁筒镜像加工过程稳定性的分析方 法 (57)摘要 本发明提供了一种薄壁筒镜像加工过程稳 定性的分析方法， 包括以下步骤： 进行薄壁筒镜 像切削工艺系统简化； 应用壳理论建立旋转薄壁 筒受迫振动方程； 建立镗杆振动动力学方程； 建 立动态切削厚度模型； 综合上述方程建立薄壁筒 镜像切削动力学模型， 利用全离散法对模型进行 稳定性求解计算， 研究各种加工工艺参数对切削 过程稳定性的影 响。 本发明考虑了薄壁筒在周向 与轴向2个方向模态振型与工件的旋转， 将薄壁 筒的车/镗加工转化为圆柱壳在旋转载荷下的振 动响应， 通过全离散法对切削过程的稳定性进行 求解， 计算准确度高， 可 以分析各种加工参数及 切削系统组件模态参数对切削过程稳定性的影 响， 据此可以对切削工艺参数以及系统结构的优 化进行指导。 权利要求书6页 说明书14页 附图3页 CN 114611224 A 2022.06.10 CN 114611224 A 1.一种薄壁筒镜像加工过程稳定性的分析方法， 其特征在于： 对工件动力系统进行力 学建模， 且工件动力系统包括机床主轴、 机床 尾顶、 车刀和镗杆， 工件 是薄壁圆筒件， 工件的 两端分别固定套接至机床主轴、 机床 尾顶， 车刀位于工件外部， 且车刀一端固定连接至固定 位置， 车刀的另一端接触连接至工件的外围， 工件内部 设置镗杆， 且镗杆的一端固定连接至 机床， 镗杆的另一端设置镗刀， 且镗刀与车刀对应设置， 对工件动力系统进行力学建模的方 法是S1、 对工件进行动力学 理论建模； S2、 对镗杆进行动力学理论模 型； S3、 车刀对工件动态 切削力进行建模； S4、 建模机床的切削系统。 2.根据权利要求1所述的一种薄壁筒镜像加工过程稳定性的分析方法， 其特征在于： 步 骤S1中对工件进行动力学理论建模的方法是， 可以利用板壳振动理论进行理论建模。 零件 加工过程为一旋转圆柱壳的受迫振动， 此处拟将工件固定， 忽略零件旋转时的向心力与科 里奥利力， 将加工过程简化为静止圆柱壳在旋转力激励下 的受迫振动； 切削力视为作用于 工件表面的连续冲击载荷； 工件在径向方向的受力表示 为： pz(z, θ,t)＝f(t)δ(z ‑z*)δ( θ‑θ *) δ 为Dirac函数： z*和 θ *表示切削点在工件上的位置； 结合如上公式得到主共 振状态下二阶微分方程： 其中， ωwmn为该模态下固有频率， ξw为模态阻尼比， Fwmn(t)为外部力， 表达为： Mwmn为工件的模态质量， 表示 为： 将方程改写为M ‑C‑K方程的形式： 其中， Cwmn＝2 ξwmnωwmnMwmn, 最终工件在切削点处的振动可以表示 为： ww＝∑m∑nTwmn(t)Wmn(z*, θ *) 3.根据权利要求2所述的一种薄壁筒镜像加工过程稳定性的分析方法， 其特征在于： 步 骤S2中对镗杆进行动力学理论模型的方法是， 将镗杆简化为质量、 阻尼、 刚度模型的形式，权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 114611224 A 2各模态参数由频响试验得到： 4.根据权利要求3所述的一种薄壁筒镜像加工过程稳定性的分析方法， 其特征在于： 步 骤S3中车刀对工件动态切削力进 行建模的方法是， 车刀与镗刀同时对薄壁筒的内外表面进 行加工， 两把刀具 保持相同的进给量fc， 其中apt车刀的切削深度， apb为镗杆的切削深度， κ 为 车刀和镗杆的主偏角， 工件两侧的动态切削厚度可表示 为： 车削： 镗削： Δpw为工件振动引起的径向背吃刀量变化， Δ工pb为镗杆振动引起的背吃刀量变化， ht、 hb为车削与镗削的动态切削厚度， ht0、 hb0为车削与镗削的名义切削厚度， bt、 bb为车削与镗 削的动态切削宽度， bt0、 bb0为车削与镗削的动态切削宽度， 代入现象切削力公式， 得到动态切削力： Kct、 Kcb分别为车削与镗削过程中动态的径向切削力系数； 考虑到切削振纹的时滞效应， 背吃刀量的变化 量可以表示 为如下的形式： 其中， ww(t)与wb(t)分别为工件与镗刀的实时振动， ww(t‑T)与wb(t‑T)为工件与镗刀的 上一转的振动， 即在工件表面留下的振纹， T为机床主轴旋转一圈所需要的时间， μ为两转间 刀具切削的重 叠系数， 取0～1。 5.根据权利要求4所述的一种薄壁筒镜像加工过程稳定性的分析方法， 其特征在于： 步 骤S4中建模机床的切削系统的方法是， 在切削过程过程中， 进 给量与主轴转速 保持不变， 因 此切削点在工件表面的位置可以表示 为： Ww(t)为在切削点处工件的振型函数， 表达为：权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 114611224 A 3