Stability analysis method of high-speed milling considering feed rate influence

HAN Chentong; GUO Miaoxian; JIANG Xiaohui; WEI Shouheng; LUO Shijin

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.002

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Stability analysis method of high-speed milling considering feed rate influence

·Experimental Research·Testing Technology· | 更新时间：2025-04-03

- Stability analysis method of high-speed milling considering feed rate influence
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 3, Pages: 11-22(2025)
- 作者机构：
  
  上海理工大学机械工程学院，上海 200093
- 作者简介：
  
  GUO Miaoxian, E-mail: guomx@ usst.edu.cn
- 基金信息：
  
  General Program of Natural Science Foundation of Shanghai(22ZR1442900);General Program of National Natural Science Foundation of China(52275452);Shanghai Aerospace Science and Technology Innovation Fund(SAST2023-063)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.002
  CLC：
- Received：03 September 2024，
  
  Revised：23 October 2024，
  
  Published：15 March 2025
- 稿件说明：
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韩琛潼，郭淼现，江小辉，等. 考虑进给速度影响的高速铣削稳定性分析方法［J］. 机械强度，2025，47（3）：11-22.

HAN Chentong，GUO Miaoxian，JIANG Xiaohui，et al. Stability analysis method of high-speed milling considering feed rate influence［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（3）：11-22.
韩琛潼，郭淼现，江小辉，等. 考虑进给速度影响的高速铣削稳定性分析方法［J］. 机械强度，2025，47（3）：11-22. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.002.

HAN Chentong，GUO Miaoxian，JIANG Xiaohui，et al. Stability analysis method of high-speed milling considering feed rate influence［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（3）：11-22. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.002.

摘要

高速加工技术通过提升切削速度和进给速度提高材料的切除率、加工精度、加工质量，是现代加工的主要方式之一。因此，保证高速加工的稳定性是高速加工的应用基础。首先，在传统稳定分析的基础上，进一步考虑了进给量对静态切削厚度的影响，建立了与进给量、刀具径向切深比相关的稳定性模型，并结合稳定性方差比分析了高速铣削加工的稳定性。然后，在单因素变进给速度试验的基础上，设计了滤除主轴转速频率分量的滤波器，并使用滤波信号序列与原始信号序列的方差比分析连续变轴向切深试验的铣削稳定性变化，验证了考虑进给速度影响高速铣削加工稳定性分析方法的有效性。结果表明，针对小径向切深的高速加工，所提方法可以更准确地实现铣削的稳定性判定。并且不稳定切削的极限轴向切深会随着进给量的增加而小幅度变化，进给速度会加剧铣削系统的不稳定程度。

Abstract

High-speed machining technology by improving the cutting speed and feed rate to improve the material cutting rate

machining accuracy and machining quality

is one of the main ways of modern processing. Therefore

to ensure the stability of high-speed machining is the basis of application of high-speed machining. Firstly

based on the traditional stability analysis

the influence of feed rate on the static cutting thickness was further considered

the stability model related to feed rate and radial cutting depth ratio of tool was established

and the stability of high-speed milling was analyzed by combining stability variance ratio. Secondly

based on the single factor variable feed rate test

a filter was designed to filter the frequency component of the spindle speed. The variance ratio between the filtered signal sequence and the original signal sequence was used to analyze the milling stability changes of the continuous variable axial depth test

and the validity of the analysis method considering the feed rate to affect the stability of high-speed milling was verified. The results show that the proposed method can determine milling stability more accurately for high-speed machining with small radial cutting depth. And the axial cutting depth of unstable cutting limit changes slightly with the increase of feed rate

and the feed rate will aggravate the instability of milling system.

关键词

Keywords

references

杨建中，李江威，屈文晓，等 . 铣削加工过程稳定性分析［J］. 中国机械工程， 2013 ， 24 （ 3 ）： 360 - 365 .

YANG Jianzhong ， LI Jiangwei ， QU Wenxiao ， et al . Analysis of milling process stability ［J］. China Mechanical Engineering ， 2013 ， 24 （ 3 ）： 360 - 365 . （In Chinese）

邓聪颖，苗建国，殷国富，等 . 面向数控机床运行状态的切削稳定性预测研究［J］. 工程科学与技术， 2019 ， 51 （ 3 ）： 184 - 191 .

DENG Congying ， MIAO Jianguo ， YIN Guofu ， et al . Study on prediction of machining stability for machine tool under operational state ［J］. Advanced Engineering Sciences ， 2019 ， 51 （ 3 ）： 184 - 191 . （In Chinese）

IKKACHE K ， CHELLIL A ， LECHEB S ， et al . Study of dynamic behavior milling for an aluminum alloy part of type 6061-T6 ［C］// Proceedings of the 4th International Symposium on Materials and Sustainable Development . Berlin ： Springer ， 2020 ： 86 - 99 .

IKKACHE K ， CHELLIL A ， LECHEB S ， et al . Dynamic modeling of milling and effect of tool path on machining stability ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2022 ， 121 （ 3 ）： 1769 - 1783 .

DEFANT F ， GHEZZI D ， ALBERTELLI P . Development of a generalized extended harmonic solution for analyzing the combination of chatter suppression techniques in milling ［J］. Journal of Sound and Vibration ， 2023 ， 543 ： 117368 .

宋清华，艾兴，万熠，等 . 铣削系统稳定性判定新方法研究［J］. 机械强度， 2008 ， 30 （ 5 ）： 718 - 722 .

SONG Qinghua ， AI Xing ， WAN Yi ， et al . Research on a novel method of stability prediction for milling system ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2008 ， 30 （ 5 ）： 718 - 722 . （In Chinese）

SHI H M ， TOBIAS S A . Theory of finite amplitude machine tool instability ［J］. International Journal of Machine Tool Design and Research ， 1984 ， 24 （ 1 ）： 45 - 69 .

FAASSEN R ， WOUW V D ， NIJMEIJER H ， et al . An improved tool path model including periodic delay for chatter prediction in milling ［J］. Journal of Computational and Nonlinear Dynamics ， 2007 ， 2 （ 2 ）： 167 - 179 .

LONG X H ， BALACHANDRAN B ， MANN B P . Dynamics of milling processes with variable time delays ［J］. Nonlinear Dynamics ， 2007 ， 47 ： 49 - 63 ．

YAN Z H ， ZHANG C F ， JIANG X G ， et al . Chatter stability analysis for milling with single-delay and multi-delay using combined high-order full-discretization method ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2020 ， 111 （ 5 ）： 1401 - 1413 .

YAN Y ， XU J ， WIERCIGROCH M . Estimation and improvement of cutting safety ［J］. Nonlinear Dynamics ， 2019 ， 98 （ 4 ）： 2975 - 2988 .

DAI Y B ， LI H K ， YAO J X ， et al . A novel approach with time-invariant transition matrix for surface location error prediction in low radial immersion milling ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2019 ， 101 （ 5 ）： 1267 - 1274 .

WANG D Q ， PENTER L ， HÄNEL A ， et al . Stability enhancement and chatter suppression in continuous radial immersion milling ［J］. International Journal of Mechanical Sciences ， 2022 ， 235 ： 107711 .

LIU W C ， YANG W A ， CHEN Y X ， et al . A novel precise integration-based updated numerical integration method for milling stability prediction ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2023 ， 124 （ 7 ）： 2109 - 2126 .

YAO Y C ， CHEN Y H ， LIU C H ， et al . Real-time chatter detection and automatic suppression for intelligent spindles based on wavelet packet energy entropy and local outlier factor algorithm ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2019 ， 103 （ 1 ）： 297 - 309 .

李超，张俊，田辉，等 . 综合振动信号能量比和幅值标准差的铣削颤振实时监测方法［J］. 机械工程学报， 2024 ， 60 （ 14 ）： 11 - 23 .

LI Chao ， ZHANG Jun ， TIAN Hui ， et al . Timely chatter detecting method in milling with integrated energy ratio and amplitude standard deviation of vibration signal ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2024 ， 60 （ 14 ）： 11 - 23 . （In Chinese）

CAO H R ， YUE Y T ， CHEN X F ， et al . Chatter detection in milling process based on synchrosqueezing transform of sound signals ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2017 ， 89 （ 9 ）： 2747 - 2755 .

张智，刘成颖，刘辛军，等 . 采用小波包能量熵的铣削振动状态分析方法研究［J］. 机械工程学报， 2018 ， 54 （ 21 ）： 57 - 62 .

ZHANG Zhi ， LIU Chengying ， LIU Xinjun ， et al . Analysis of milling vibration state based on the energy entropy of WPD ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2018 ， 54 （ 21 ）： 57 - 62 . （In Chinese）

陈云，侯亮，刘文志，等 . 基于时域仿真法的断续铣削颤振预测［J］. 机械工程学报， 2021 ， 57 （ 3 ）： 98 - 106 .

CHEN Yun ， HOU Liang ， LIU Wenzhi ， et al . Chatter stability prediction in low immersion milling based on time-domain simulation ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2021 ， 57 （ 3 ）： 98 - 106 . （In Chinese）

PAN T H ， ZHANG J ， ZHANG X ， et al . Milling force coefficients-based tool wear monitoring for variable parameter milling ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2022 ， 120 （ 7 ）： 4565 - 4580 .

宋清华，艾兴，万熠，等 . 小径向切深下进给量对铣削稳定性的影响［J］. 中国机械工程， 2008 ， 19 （ 10 ）： 1148 - 1152 .

SONG Qinghua ， AI Xing ， WAN Yi ， et al . Stability prediction for high-speed milling including feed rate in low radial immersion ［J］. China Mechanical Engineering ， 2008 ， 19 （ 10 ）： 1148 - 1152 . （In Chinese）

FAASSEN R P H ， VAN DE WOUW N ， OOSTERLING J A J ， et al . Prediction of regenerative chatter by modelling and analysis of high-speed milling ［J］. International Journal of Machine Tools and Manufacture ， 2003 ， 43 （ 14 ）： 1437 - 1446 .

梁睿君，叶文华，黄翔 . 小径向切深铣削稳定性分析与验证［J］. 中国机械工程， 2010 ， 21 （ 2 ）： 218 - 221 .

LIANG Ruijun ， YE Wenhua ， HUANG Xiang . Analyses and validation of stability in low radial immersion milling ［J］. China Mechanical Engineering ， 2010 ， 21 （ 2 ）： 218 - 221 . （In Chinese）

李忠群，刘强 . 基于频响函数的高速铣削颤振稳定域快速分析与研究［J］. 制造技术与机床， 2008 （ 4 ）： 53 - 57 .

LI Zhongqun ， LIU Qiang . Rapid analysis on chatter stability lobes for high speed milling based on frequency response function ［J］. Manufacturing Technology & Machine Tool ， 2008 （ 4 ）： 53 - 57 . （In Chinese）

郭淼现，黄超，郭维诚，等 . 基于盲源分离的精密铣削振动信号分析方法与工艺优化［J］. 机械强度， 2022 ， 44 （ 2 ）： 271 - 278 .

GUO Miaoxian ， HUANG Chao ， GUO Weicheng ， et al . Analysis method and process optimization of vibration signal in precision milling based on blind source separation ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2022 ， 44 （ 2 ）： 271 - 278 . （In Chinese）

WAN S K ， LI X H ， CHEN W ， et al . Investigation on milling chatter identification at early stage with variance ratio and Hilbert-Huang transform ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2018 ， 95 （ 9 ）： 3563 - 3573 .

FU Y ， ZHANG Y ， ZHOU H M ， et al . Timely online chatter detection in end milling process ［J］. Mechanical Systems and Signal Processing ， 2016 ， 75 ： 668 - 688 .

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