加工工艺系统的详细描述

如图2.1所示，加工工艺系统从里到外可以分为三个层次。最里面的一层为刀具-工件交互作用层面，刀具切削工件形成切屑，执行最基础的切削操作。中间层面为子系统层面，主要包括刀具-主轴子系统、工件-夹具子系统。最外面的层面为工艺系统层面，包含工艺设备及其在加工过程中的系统响应［1］。

图2.1　工艺系统组成

加工过程中，在周期性交变切削力的作用下会出现显著的让刀变形与切削振动，引起加工工艺系统失稳，造成较大加工误差、较低表面质量，这种现象在薄壁零件的加工中尤为显著。加工过程中，刀具-主轴子系统、工件-夹具子系统两个子系统在切削界面上相互作用，激励起系统的动态响应［2］。

以铣削加工过程为例，加工工艺系统的动力学基本方程为(www.xing528.com)

铣削加工工艺系统动力学建模的主要任务是对式（2.1）中的铣削力F（t）以及模态质量M、模态阻尼C、模态刚度K等参数进行建模。其中，铣削力建模部分需要建立铣削加工中铣削力的表达方式，并根据模型进行铣削力系数的测定；模态参数的建模主要通过实验模态分析的方法确定。在建立工艺系统动力学模型的基础上，可进行工艺系统动态响应以及稳定性预测，如图2.2所示。

图2.2　薄壁零件铣削加工工艺系统动力学建模及分析流程

在加工过程中，刀具与工件的状态都在不断变化。刀具状态的变化主要是加工过程中磨损量的变化，主要采用沿轴向离散形成微元切片的方式进行分析。加工过程中工件状态的变化主要体现在加工余量沿加工工序和轨迹的变化上，以及由此引起的工件动力学属性变化，这也同时反映了切削过程的时空变化效应［1］。