A robust pitch optimization method for variable pitch tool and experimental verification

Shengwei Ba

doi:10.1016/j.jmapro.2025.10.093

A robust pitch optimization method for variable pitch tool and experimental verification

2025-11-07

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DOI：10.1016/j.jmapro.2025.10.093

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再生型颤振在铣削过程中会导致效率低下、表面质量差等问题，已成为实现高效高精度铣削的显著障碍。尽管已提出多种抑制再生型颤振的方法，但由于其成本效益高且操作简便，变螺距刀具在工业领域仍是主要的颤振抑制手段。本文建立了变螺距立铣刀的多延迟动力学模型，并简要介绍了相应的稳定性分析算法。提出了一种基于鲁棒性指数确定螺距角的新型优化方法。该方法不仅追求最大名义稳定切削深度，更强调在基本参数（线性切削力系数和模态参数）误差引起的扰动下稳定切削深度的鲁棒性，从而适应变螺距刀具的实际设计与应用环境。该方法应用于工业案例并与经典方法进行比较。结果表明，所提方法得到的螺距角为84.8°–95.2°–84.8°–95.2°，对比方法为85.8°–94.2°–85.8°–94.2°，其对应的鲁棒性指数分别为2.3和0.41。最后，通过数值模拟和铣削实验验证了优化结果的可行性与鲁棒性。研究发现，采用鲁棒方法设计的刀具在目标转速下的稳定性边界提升了72.7%，且基本参数变化时实际稳定性边界与理论稳定性边界高度一致。

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