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中国矿业大学代月帮获国家专利权

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龙图腾网获悉中国矿业大学申请的专利基于工艺参数优化的双刀并行车削无颤振加工方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN117020238B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-27发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202311171074.7,技术领域涉及:B23B1/00;该发明授权基于工艺参数优化的双刀并行车削无颤振加工方法是由代月帮;刘同冈;杨建华;马驰设计研发完成,并于2023-09-11向国家知识产权局提交的专利申请。

基于工艺参数优化的双刀并行车削无颤振加工方法在说明书摘要公布了:本发明属于车削技术领域,公开了一种基于工艺参数优化的双刀并行车削无颤振加工方法。本发明的双刀并行车削无颤振加工方法构建出考虑刀具磨损的双刀并行车削加工动力学方程,开展高精度的加工稳定性分析,准确确定无颤振工艺参数,在此基础上,以加工效率最高为目标确定最优的无颤振工艺参数,进行加工路径规划,获得无颤振加工数控程序,实现双刀并行车削无颤振加工,达到提高加工效率,降低生产成本的目的。

本发明授权基于工艺参数优化的双刀并行车削无颤振加工方法在权利要求书中公布了:1.一种基于工艺参数优化的双刀并行车削无颤振加工方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1、获取车刀磨损带长度以及双刀并行车削参数,代入考虑刀具磨损的双刀并行车削加工动力学方程; 获取车刀磨损带长度以及双刀并行车削参数包括:沿着工件轴向方向建立x坐标系,x正向远离加工方向;测量的1号车刀磨损带长度W1和2号车刀磨损带长度W2;确定1号车刀特定的压痕力系数Ksp1和2号车刀特定的压痕力系数Ksp2;测量的1号车刀在x方向所对应的模态质量m1、阻尼系数、和测量的2号车刀在x方向所对应的模态质量m2、阻尼系数、;确定切削力系数Kf;确定工件旋转速度Ω; 考虑刀具磨损的双刀并行车削加工动力学方程的构建,包括以下步骤: 1号车刀的切削深度为a1,2号车刀的切削深度为a2;1号车刀和2号车刀在x方向的振动位移分别用x1t和x2t表示; 考虑刀具磨损效应,双刀并行车削加工系统描述如下: 1, 其中,,f1和f2分别为由于1号车刀和2号车刀磨损而引起的切削力;M,C,K,和Ft具体表示如下: ,,,, , 其中,T为工件旋转周期,T=60Ω; 车刀磨损引起的1号车刀的切削力f1和2号车刀的切削力f2为 2, 3, 其中,Cd1=0.25W12;Cd2=0.25W22; 式2和3合并如下: 4, 其中,; 将式4带入到式1中: 5, 其中,; 步骤2、根据双刀并行车削加工动力学方程得到双刀并行车削加工系统的离散输出表达式,包括以下步骤: 式5表示为状态空间格式为: 6, 其中,,,, ,, , 定义,获得双刀并行车削加工系统的输出为: }7, 其中,为变量,t为时间,tp为t=tp时刻; 将工件旋转周期划分为m份,每一份长度为τ,然后,在间距[tp,tp+1]分解为: =r0+r1δ-tp+18, tp+1为t=tp+1时刻,[tp,tp+1]长度为τ; r0和r1表示为: r0=tp+1,r1=[tp+1-tp]τ, r0和r1简化为: r0=p+1,r1=p+1-pτ9, 基于式7和8,vtp+1表示为: vtp+1=T1vtp+M0r0+M1r110, 其中,,,,l为变量; 式10中的ri,i=0,1,由式9取代: vtp+1=T1vtp+G0p+1+G1p11, 其中,G0=M0+M1τ,G1=-M1τ; 将vtp+1简化为vp+1,vtp简化为vp; 由于,式转换为 12, 式12转换为 13, 其中,、和分别代表、和,k1=fix+1,k2=fix+1,fix为确定一个数整数部分的函数; 式13转换为 14, 进一步化简为 15 式15建立tp时刻、tp+1时刻、时刻、时刻、时刻和时刻离散输出递推关系,通过改变tp值,获得不同时刻的离散输出递推关系; 步骤3、根据离散输出表达式获取具有最小维度的状态转移矩阵,包括以下步骤: 将工件旋转周期划分为m份,一个周期离散时刻为{t1,t2,t3,….,tm},所对应的离散输出为{,,,….,},利用式15中、和,,、之间的递推关系,建立离散序列{,,,….,,}和离散序列{,,,….,,}及离散序列{,,,….,,}之间的关系,由于离散序列{,,,….,,}包含于{,,,….,,}和{,,,….,,}当中,因此,离散序列{,,,….,,}和离散序列{,,,….,,}及离散序列{,,,….,,}之间的关系如式16所示: =16, U1,U2,和U3如下所示: , , , 其中,U1,U2和U3为4m+4×4m+4维矩阵,I为4×4单位矩阵; 状态转移矩阵用于判断加工系统的稳定性, 若可逆,状态转移矩阵如下: 17, 当状态转移矩阵的特征值模的最大值大于1时,此时的工艺参数也就是1号车刀切削深度和2号车刀切削深度a2所对应的加工状态为颤振加工; 当状态转移矩阵的特征值模的最大值小于1时,此时的工艺参数也就是1号车刀切削深度和2号车刀切削深度所对应的加工状态为无颤振加工; 当状转移矩阵的特征值模的最大值等于1时,此时的工艺参数也就是1号车刀切削深度和2号车刀切削深度所对应的加工状态为临界加工状态; 假如不可逆,扩展Moore-Penrose矩阵作为的替代,通过式17进行加工状态的判断; 步骤4、根据状态转移矩阵确定双刀并行车切削深度对应的加工状态为无颤振加工或颤振加工,进而得到加工叶瓣图;具体如下: 通过对比状态转移矩阵的特征值模的最大值与1的关系,得到1号车刀切削深度和2号车刀切削深度所对应的加工状态为无颤振加工或颤振加工;进而得到不同离散位置处1号车刀切削深度和2号车刀切削深度所对应的加工状态,构建出加工叶瓣图;临界加工稳定曲线将1号车刀切削深度范围和2号车刀切削深度范围所组成的平面划分为无颤振加工区域和颤振加工区域; 步骤5、根据加工叶瓣图中的无颤振加工区域获得双刀并行车刀具切削深度组合,选取最优组合进行双刀并行车削无颤振加工;具体如下: 由无颤振加工区域中获得1号车刀切削深度和2号车刀切削深度组合若干组,对获得的每一组合中的1号刀具切削深度和2号刀具切削深度进行相加,确定相加结果为最大时所对应的1号车刀切削深度和2号车刀切削深度组合为最优组合,依照1号刀具切削深度和2号刀具切削深度最优组合对车削进行加工路径规划,进行双刀并行车削,以实现双刀并行车削无颤振加工。

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