一種基于邊界條件判斷的正交車銑加工端面刃切削力建模方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于邊界條件判斷的正交車銑加工端面刃切削力建模方法，屬于 數(shù)控加工過程仿真領域。
【背景技術】
[0002] 隨著先進制造技術的發(fā)展，車銑復合加工工藝逐漸成為機械加工領域應對帶有復 雜特征的回轉(zhuǎn)體類零件的一項重要手段。然而目前對于這一技術的研宄還不夠充分，在實 踐中，制造工程師更多地是依靠經(jīng)驗或是參照傳統(tǒng)的銑削加工過程來選取切削參數(shù)。這種 確定切削參數(shù)的方法往往未能充分考慮到車銑復合加工工藝的特性，制約著其效能的進一 步發(fā)揮。準確地預測切削力能夠為制造工程師科學而又高效的應用車銑復合加工工藝提供 重要的參考。在諸多的切削力建模方法中，機械力學模型是被廣泛采用的一種方法。有效的 獲取切削刃接觸區(qū)域則是應用這一模型預測切削力的前提。不同于一般的銑削加工過程， 在正交車銑加工中，工件和刀具同時旋轉(zhuǎn)，這使得切削刃接觸區(qū)域的分布變得比較復雜。文 獻"姜增輝，賈春德.無偏心正交車銑理論切削力.機械工程學報，2006, 42(9) : 23-28"公 開的方法在計算端面刃切削力時，需要首先計算特征角，并根據(jù)這些特征角所劃分出的不 同情況來確定接觸區(qū)域。這種方法加深了人們對正交車銑加工技術的認識，然而需要分成 多種情況討論使得這一方法不利于計算機仿真程序的實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術在進行正交車銑加工過程端面刃切削力預測 時不利于計算機編程實現(xiàn)的缺點，本發(fā)明給出了一種基于邊界條件判斷法的正交車銑加工 端面刃切削力建模方法。該方法首先將刀具端面刃劃分成若干個微元，通過邊界條件判斷 法來確定切削刃的接觸區(qū)域，并在計算切肩厚度時，考慮了刀齒的軸向跳動的影響，接下來 根據(jù)機械力學模型計算微元切削力，最后通過將所有微元上的切削力相加來獲得總的切削 力。
[0004] 一種基于邊界條件判斷的正交車銑加工端面刃切削力建模方法，包含以下步驟：
[0005] 步驟1 :以刀具底面中心0為原點，以刀具軸線方向為Z軸建立笛卡爾直角坐標 系，即刀具坐標系，其中，X軸為與工件軸線平行的方向；
[0006] 步驟2 :沿著刀具徑向?qū)⒍嗣嫒袆澐殖扇舾蓚€微元，假設第j個刀齒上的第i個微 元切削刃到刀具底面中心的距離為Lu，則時刻t該微元在刀具坐標系中的坐標為：
【主權項】
1. 一種基于邊界條件判斷的正交車銳加工端面刃切削力建模方法，包含w下步驟： 步驟1;W刀具底面中屯、0為原點，W刀具軸線方向為Z軸建立笛卡爾直角坐標系，即 刀具坐標系，其中，X軸為與工件軸線平行的方向； 步驟2 ;沿著刀具徑向?qū)⒍嗣嫒袆澐殖扇舾蓚€微元，假設第j個刀齒上的第i個微元切 削刃到刀具底面中屯、的距離為Lii，則時刻t該微元在刀具坐標系中的坐標為：
(1) 其中，n,表示刀具轉(zhuǎn)速，N為刀具齒數(shù)； 步驟3 ;假設任一微元在刀具坐標系中的位置為（Xi。。Zi1)，針對順銳加工，通過式 (2)判斷該切削刃微元是否處于切削狀態(tài)；針對逆銳加工，通過式（3)判斷其是否處于切削 狀態(tài)；如果式（2)或式（3)成立，則說明該微元處于切削狀態(tài)；否則，說明該微元未處于切 削狀態(tài)；
其中，R"和Rt分別表示工件和刀具的半徑，a。表示切深，b、0 ,和0由下式給出
式中，f；表示刀具沿著工件軸線方向進給速度，11"表示工件的旋轉(zhuǎn)速度； 步驟4 ;對于處于切削狀態(tài)的端面刃微元，計算其切屑厚度，順銳時，切厚計算公式為：
式中：ej.表示第j個端面刃沿著刀具軸線方向的跳動；采用機械力學模型，計算作用 在處于切削狀態(tài)的微元上的切向及進給方向切削力dFtii: 化，J，i=Kte?hj，i?dz+Kte?dz (7) dFf，j'，i=Kfe.hj，i.dz+Kfe.dz 式中，Kte、Kf。是剪切力系數(shù)，Kte、Kf。是刃口力系數(shù)，dz是微元切削刃的長度對于未處 于切削狀態(tài)的微元，其對應的切向及進給方向切削力均為0 ; 通過式（6)將作用在各個微元上的切削力轉(zhuǎn)換到刀具坐標系的X、Y和Z方向：
(8) 步驟5 ;對所有微元重復進行步驟3和步驟4,并將所有參與切削的微元上的切削力相 加，得到正交車銳加工過程中端面刃切削所產(chǎn)生的切削力Fx、Fy和FZ;
(q) 〇
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于邊界條件判斷的正交車銑加工端面刃切削力建模方法，該方法有五個步驟：第一，建立刀具坐標系；第二，沿著徑向?qū)⒌毒叨嗣嫒袆澐殖扇舾蓚€微元；第三，通過邊界條件判斷法確定微元是否參與切削；第四，求取切屑厚度，并在此基礎上計算微元切削力；第五，對所有參與切削的微元上的切削力進行加和以得到總的切削力。通過統(tǒng)一的邊界條件方程來判斷微元的切削狀態(tài)的方法避免了現(xiàn)有技術在進行正交車銑加工端面刃切削力預測時需要將切削過程劃成多個階段來分別討論的缺點；由于考慮了跳動的影響，預測結果更為準確。本發(fā)明中的表達式簡單易懂，省去了繁冗的特征角計算過程，適合于虛擬加工仿真系統(tǒng)的開發(fā)，具有較好的應用前景。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104794337
【申請?zhí)枴緾N201510184573
【發(fā)明人】劉強, 邱文旺, 袁松梅, 李傳軍
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月17日