專利名稱：鈦合金tc18銑削過(guò)程銑削力建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銑削力建模方法，特別是一種鈦合金TC18銑削過(guò)程銑削力建模方法。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn) 1“Y. Altintas，Manufacturing Automation，Cambridge University Press， 2000. ”公開(kāi)了一種考慮平頭立銑刀側(cè)刃切削效果的平均銑削力模型，其基本建模步驟為(1)通過(guò)測(cè)力設(shè)備測(cè)試銑削力，并求整數(shù)個(gè)周期內(nèi)實(shí)測(cè)銑削力的平均值；(2)根據(jù)側(cè)刃與工件之間的工藝幾何關(guān)系，通過(guò)理論推導(dǎo)建立平均銑削力與銑削 力系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式；(3)將步驟(1)獲得的平均銑削力代入第(2)步，求解獲得銑削力系數(shù)。文 ^ 2 "M. Wan, W. H. Zhang, G. H. Qin, G. Tan, Efficient calibration of instantaneouscutting force coefficients and runout parameters for general end mills, Int. J. Mach. TooIsManuf. 47 (2007) 1767-1776” 公開(kāi)了一種考慮平頭立銑刀側(cè)刃切 削效果的瞬時(shí)銑削力模型，其基本建模步驟為(1)通過(guò)測(cè)力設(shè)備測(cè)試銑削力；(2)根據(jù)側(cè)刃與工件之間的工藝幾何關(guān)系，通過(guò)理論推導(dǎo)建立瞬時(shí)銑削力與銑削 力系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式；(3)將步驟⑴獲得的瞬時(shí)銑削力代入第(2)步，求解獲得銑削力系數(shù)。以上文獻(xiàn)的典型特點(diǎn)是由于只考慮了側(cè)刃參與切削時(shí)切削刃與工件之間的工藝 幾何關(guān)系對(duì)銑削力的影響，不能有效模擬帶刀具偏心鈦合金TC18銑削過(guò)程中出現(xiàn)的等相 寬非零銑削力現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行鈦合金TC18銑削過(guò)程銑削力建模時(shí)，不能有效模擬帶 刀具偏心鈦合金TC18銑削過(guò)程中出現(xiàn)的等相寬非零銑削力的不足，本發(fā)明提供一種鈦合 金TC18銑削過(guò)程銑削力建模方法，通過(guò)既考慮側(cè)刃參與切削時(shí)側(cè)刃和底刃對(duì)銑削力的影 響，也考慮側(cè)刃退出切削時(shí)底刃對(duì)銑削力的影響，建立瞬時(shí)銑削力預(yù)測(cè)模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)帶 刀具偏心鈦合金TC18銑削過(guò)程中出現(xiàn)的等相寬銑削力的有效模擬，該方法還考慮了銑削 力系數(shù)的尺寸效應(yīng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種鈦合金TC18銑削過(guò)程銑削力 建模方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟(1)選定立銑刀參數(shù)，包括立銑刀的半徑R、螺旋角β、刀齒數(shù) ；設(shè)定切削參數(shù)單齒進(jìn)給量f、軸向切削深度Rz、徑向切削深度Rr、刀具主軸轉(zhuǎn)速。(2)將銑刀沿軸向劃分為N個(gè)等高梁段，通過(guò)下式計(jì)算在t時(shí)刻作用在第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè)刃單元上的切向銑削力Fu.^a)和徑向銑削力 ^,Μ,」α)_7] FTjFjijJ(t) = KmUwzFEjFjijJ(t) = KEjFjJhFjijJ(t)wz式中，KT,F,u是對(duì)應(yīng)于第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè)刃單元的切向銑削力系數(shù)，Κκ,F,u是 對(duì)應(yīng)于第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè)刃單元的徑向銑削力系數(shù)，Wz表示對(duì)應(yīng)于第i個(gè)刀齒上第j 個(gè)側(cè)刃單元的軸向高度，hFjijJ(t)表示在t時(shí)刻第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè)刃單元的瞬時(shí)未變 形切屑厚度。(3)將側(cè)刃單元上的銑削力轉(zhuǎn)化到X和Y方向并求和f^ ⑴=Σ ^u (0 cos Oij (0 - Fkfaj (0 sin Oij (0]
ijF” (0 = X [Fwj (0 sin Ou (0 - Fwj (0 cos Olj ⑴]
ij式中，θ . j(t)是刀具旋轉(zhuǎn)角度仍j(0處與第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè)刃單元對(duì)應(yīng)的切 削角度，被定義為從Y向順時(shí)針到第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè)刃單元的中點(diǎn)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。(4)計(jì)算在t時(shí)刻作用在底刃上的徑向銑削力Ft^U)和切向銑削力 ^,Β^α)①當(dāng)側(cè)刃參與切削時(shí)，F(xiàn)TjBji(t) = KTjBjiAB>i(t)FE,Bji(t) UJt)式中，KT,B,i是對(duì)應(yīng)于第i個(gè)底刃的切向銑削力系數(shù)，Κκ,B,i是對(duì)應(yīng)于第i個(gè)底刃的 徑向銑削力系數(shù)，Ab, Jt)是與第i個(gè)底刃對(duì)應(yīng)的切屑載荷面積。②當(dāng)側(cè)刃退出切削時(shí)，
權(quán)利要求
1. 一種鈦合金TC18銑削過(guò)程銑削力建模方法，其特征在于包括以下標(biāo)準(zhǔn)(1)選定立銑刀參數(shù)，包括立銑刀的半徑R、螺旋角β、刀齒數(shù)Nf；設(shè)定切削參數(shù)，包括 單齒進(jìn)給量f、軸向切削深度Rz、徑向切削深度Rr、刀具主軸轉(zhuǎn)速；(2)將銑刀沿軸向劃分為N個(gè)等高梁段，通過(guò)下式計(jì)算在t時(shí)刻作用在第i個(gè)刀齒上第 j個(gè)側(cè)刃單元上的切向銑削力ρτ,Μ,」α)和徑向銑削力Fu.^a)FT,F,i,j ⑴=KTj Fj ^jhpj Jjj^t) WzFR,F,i,j ⑴=Kk^ Ut) wz式中，KT,F,υ是對(duì)應(yīng)于第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè)刃單元的切向銑削力系數(shù)，Κκ,是對(duì)應(yīng) 于第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè)刃單元的徑向銑削力系數(shù)，wz表示對(duì)應(yīng)于第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè) 刃單元的軸向高度，hFjijJ(t)表示在t時(shí)刻第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè)刃單元的瞬時(shí)未變形切屑厚度；(3)將側(cè)刃單元上的銑削力轉(zhuǎn)化到X和Y方向并求和 ^x1F (O = Σ [― A’F’',y (O cos 0tJ (/) - Fwj (/) sin θ1} (t)]'J^Y,F (O = Σ [^T1F,,J (O sin ΘΚ] (O - Fkfaj (t) cos Qij ⑴]U式中，θ i, j(t)是刀具旋轉(zhuǎn)角度代處與第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè)刃單元對(duì)應(yīng)的切削角 度，被定義為從Y向順時(shí)針到第i個(gè)刀齒上第j個(gè)側(cè)刃單元的中點(diǎn)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度；(4)計(jì)算在t時(shí)刻作用在底刃上的徑向銑削力FT,B,At)和切向銑削力FK,&i(t)；①當(dāng)側(cè)刃參與切削時(shí)， FT,B,i(t) =KT,BjiAB,i(t)FR,B,i(t) UJt)式中，K^i是對(duì)應(yīng)于第i個(gè)底刃的切向銑削力系數(shù)，Κκ,Β,i是對(duì)應(yīng)于第i個(gè)底刃的徑向 銑削力系數(shù)，Ab, ,(t)是與第i個(gè)底刃對(duì)應(yīng)的切屑載荷面積；②當(dāng)側(cè)刃退出切削時(shí)， FT,B,i(t) Ut) FR,B,i(t) Ut)式中，是對(duì)應(yīng)于第i個(gè)底刃的切向銑削力系數(shù)，Ku,i是對(duì)應(yīng)于第i個(gè)底刃的徑向 銑削力系數(shù)，bdt)是與第i個(gè)底刃對(duì)應(yīng)的切屑寬度；(5)將底刃上的銑削力轉(zhuǎn)化到X和Y方向Fx,β⑴=-FTjBji(t)cos θ . 0(t)-FEjBji(t)sin θ . 0(t) FY,β (t) = FT,Β, i (t) sin θ i 0 (t) -FK,B, i (t) cos θ i 0 (t)式中，θ ^0 (t)是刀具旋轉(zhuǎn)角度隊(duì),處與第i個(gè)底刃對(duì)應(yīng)的切削角度，被定義為該刀刃方 向與Y軸正方向之間的夾角；(6)將作用在各個(gè)底刃和側(cè)刃的銑削力求和，得到總銑削力|_fy,f(O」(7)通過(guò)下述方法確定KT, F, i,、Kk, F, i,、KT, B, i、KE, B, i、Ab, i (t)、KE, b, i、Kk, B, i 和 h (t)，并在 一個(gè)刀具旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)重復(fù)執(zhí)行步驟(1)到(6)，獲得一個(gè)周期內(nèi)的銑削力分布圖；1)選定立銑刀參數(shù)，包括立銑刀的半徑R、螺旋角β、刀齒數(shù)Nf，，選定工件幾何參數(shù)； 設(shè)定標(biāo)定試驗(yàn)的切削參數(shù)，單齒進(jìn)給量f、軸向切削深度Rz、徑向切削深度Rr、刀具主軸轉(zhuǎn) 速；要求工件為滿足測(cè)力儀安裝的長(zhǎng)方體塊；2)根據(jù)步驟1)設(shè)定的參數(shù)并測(cè)銑削力，要求工件被加工面與刀具軸線垂直；用^，《表 示對(duì)應(yīng)于第m個(gè)刀齒切削周期內(nèi)的第η個(gè)采樣點(diǎn)的相角，將對(duì)應(yīng)于約 , 的瞬時(shí)銑削力記為3)根據(jù)步驟幻測(cè)得的銑削力標(biāo)定刀具偏心參數(shù)P和λ；4)在每一采樣瞬態(tài)，根據(jù)坐標(biāo)變換關(guān)系式，將步驟2)測(cè)得的瞬時(shí)銑削力從笛卡爾坐 標(biāo)系轉(zhuǎn)換到局部坐標(biāo)系，也就是將Fx(^v1)和&(扎, )轉(zhuǎn)換到局部坐標(biāo)系下的分量FT(%, )和5)根據(jù)步驟4)的結(jié)果，用FTOm，J和禮,J除以、^.⑴^，得到一組與、^.⑴^對(duì) 應(yīng)的離散值，將該組離散值擬合成hF^(t)wz的線性函數(shù)，該線性函數(shù)的斜率就是標(biāo)定得到 的與所有側(cè)刃單元對(duì)應(yīng)的切向銑削力系數(shù)KT,u,」和徑向銑削力系數(shù)Κκ,Μ,」；6)根據(jù)步驟幻和步驟幻的結(jié)果，首先根據(jù)步驟(1)和步驟( 計(jì)算與側(cè)刃對(duì)應(yīng)的X 向銑削力Fx,F(t)和Y向銑削力FY,F(t)，然后通過(guò)下式計(jì)算步驟2)測(cè)得的銑削力中與底刃 對(duì)應(yīng)的銑削力分量，
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鈦合金TC18銑削過(guò)程銑削力建模方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行鈦合金TC18銑削過(guò)程銑削力建模時(shí)，不能有效模擬帶刀具偏心鈦合金TC18銑削過(guò)程中出現(xiàn)的等相寬非零銑削力的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)方案是既考慮了側(cè)刃參與切削時(shí)側(cè)刃和底刃對(duì)銑削力的影響，也考慮了側(cè)刃退出切削時(shí)底刃對(duì)銑削力的影響，克服了現(xiàn)有技術(shù)不能有效模擬帶刀具偏心鈦合金TC18銑削過(guò)程中出現(xiàn)的等相寬非零銑削力現(xiàn)象的不足；由于將底刃銑削力系數(shù)表示成切屑寬度的指數(shù)函數(shù)，克服了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法對(duì)底刃切削過(guò)程中的尺寸效應(yīng)進(jìn)行模擬的不足。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102136021SQ20111010052
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者萬(wàn)敏, 張衛(wèi)紅, 楊昀 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)