一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類工件的切削力建模方法，包括步驟：分別建立螺旋立銑刀坐標系和軸類零件坐標系，確定兩個坐標系間的坐標變換；在建立的坐標系中，明確正交車銑切削運動軌跡，確定軸向進給、徑向進給和總進給；根據(jù)計算得到的正交車銑運動軌跡和確定的進給，確定正交車銑切屑幾何；對每個離散層建立微元正交車銑切削力計算公式，根據(jù)確定的正交車銑切屑厚度、切削深度和正交車銑切入切出角，判斷各離散層是否參與切削，確定微元切削力的積分限，積分參與切削的微元切削力，獲得當前切削狀態(tài)總切削力。本發(fā)明建立的模型，能夠準確地獲得正交車銑軸類零件時的切削力，進而實現(xiàn)基于切削力的正交車銑軸類零件工藝參數(shù)優(yōu)化。
【專利說明】一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬切削加工領域，具體為一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法，適用于平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件加工。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著國家航空業(yè)的發(fā)展，新機型、新材料的研制與應用，對產品功能與性能的要求也日趨多樣化，各種新材料的整體鍛件在飛機起落架上得到了廣泛的應用，使得這些大型復雜軸類零件的加工難度提高。車銑加工中心是高檔數(shù)控機床，可以實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工，不僅能完成復雜曲面加工，而且能獲得好的表面質量，其中正交車銑加工通過工件旋轉運動與刀具旋轉運動相結合完成復雜軸類零件成形加工的一種加工方式，具有滿足大型復雜軸類零件一次裝夾多工序加工的優(yōu)點。為了在正常工況下，以最大的材料去除率正交車銑加工軸類零件，需要對正交車銑軸類零件的切削力建模，預測給定切削參數(shù)下的正交車銑軸類零件的切削力，安排合理的加工參數(shù)。
[0003]切削力預測的常用模型有:經驗模型、有限元數(shù)值模型、人工智能模型及機械模型四種。經驗模型根據(jù)切削力測試實驗獲得的切削參數(shù)以及切削力數(shù)據(jù)，用統(tǒng)計學原理建立切削力與切削參數(shù)間的函數(shù)關系，為了保證模型的準確性需要大量的數(shù)據(jù)。有限元模型適用于仿真切削的切入、切出階段以及間斷不連續(xù)的加工過去，但是在加工中出現(xiàn)了大量塑性變形的情況下，網格變形太大，造成仿真誤差增加。人工智能建模技術在金屬切削研究中的應用潛力巨大，但其模擬計算的精度、適用范圍等問題還需要更多的理論和實驗研究。機械模型以切屑形成為研究切入點，通過對切屑形成過程的建模與仿真，分析切屑過程中的應力、應變、摩擦力及切削力的規(guī)律。機械力模型是目前比較成熟并且使用較為廣泛的切削力模型，其中一個重要的內容就是切削幾何的確定。正交車銑的切削幾何有變切厚變切深的特點，不僅切屑厚度隨著刀具轉角變化而變化，而且切削深度也隨著刀具轉角變化而變化，需要建立準確的正交車銑切削幾何模型，用于正交車銑切削力建模。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法，其通過正交車銑軸類零件過程中正交車銑切屑幾何的分析，能夠準確的預測穩(wěn)態(tài)正交車銑軸類零件時的切削力，從而可以在正交車銑軸類零件中中優(yōu)化加工參數(shù)，提高加工效率。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的具體技術方案如下:
[0006]一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法，具體包括如下步驟:
[0007]S1:分別建立螺旋立銑刀坐標系和軸類零件坐標系，確定兩個坐標系間的坐標變換；
[0008]S2:在建立的坐標系中，明確正交車銑切削運動軌跡，確定軸向進給、徑向進給和總進給；[0009]S3:在建立的坐標系中，根據(jù)計算得到的正交車銑運動軌跡和確定的進給，確定正交車銑切屑幾何；
[0010]a:將螺旋立銑刀軸向離散成數(shù)層，根據(jù)獲得的進給和正交車銑運動軌跡，在建立的坐標系，確定每個離散層的正交車銑切屑厚度；
[0011]b:確定各個轉角位置的正交車銑切削深度，判斷離散層是否切削深度范圍內；
[0012]c:根據(jù)確定的正交車銑切屑厚度和切削深度，確定正交車銑切削的切入切出角，判斷每個刀齒在各個轉角位置是否處于切削中；
[0013]S4:對每個離散層建立微元正交車銑切削力計算公式，根據(jù)確定的正交車銑切屑厚度、切削深度和正交車銑切入切出角，判斷各離散層是否參與切削，確定微元切削力的積分限，積分參與切削的微元切削力，獲得當前切削狀態(tài)總切削力。
[0014]所述正交車銑切削中螺旋立銑刀坐標系和軸類零件坐標系間的坐標變換，通過如下公式計算得到:
[0015]
【權利要求】
1.一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法，其特征在于包括如下步驟: S1:分別建立螺旋立銑刀坐標系和軸類零件坐標系，確定兩個坐標系間的坐標變換； 52:在建立的坐標系中，明確正交車銑切削運動軌跡，確定軸向進給、徑向進給和總進給； 53:在建立的坐標系中，根據(jù)計算得到的正交車銑運動軌跡和確定的進給，確定正交車銑切屑幾何: a:將螺旋立銑刀軸向離散成數(shù)層，根據(jù)獲得的進給和正交車銑運動軌跡，在建立的坐標系，確定每個離散層的正交車銑切屑厚度； b:確定各個轉角位置的正交車銑切削深度，判斷離散層是否處于切削深度范圍內；c:根據(jù)確定的正交車銑切屑厚度和切削深度，確定正交車銑切削的切入切出角，判斷每個刀齒在各個轉角位置是否處于切削中； 54:對每個離散層建立微元正交車銑切削力計算公式，根據(jù)確定的正交車銑切屑厚度、切削深度和正交車銑切入切出角，判斷各離散層是否參與切削，確定微元切削力的積分限，積分參與切削的微元切削力，獲得當前切削狀態(tài)總切削力。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法，其特征在于，所述正交車銑切削中螺旋立銑刀坐標系和軸類零件坐標系間的坐標變換，通過如下公式計算得到:
3.根據(jù)權利要求2所述的一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法，其特征在于，所述正交車銑總進給通過如下公式計算得到:
4.根據(jù)權利要求1-3任一所述的一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法，其特征在于，所述的正交車銑切屑幾何在確定的坐標系和坐標變換中，由變化的切屑厚度、變化的切削深度和正交車銑切削的切入切出角確定。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法，其特征在于，所述正交車銑的切屑厚度由刀具轉角、每齒進給、刀具半徑、切削寬度確定，由如下計算公式得到:
6.根據(jù)權利要求2-5中任一項所述的一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法，其特征在于，所述的正交車銑切削深度為:

7.根據(jù)權利要求6中所述的一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法，其特征在于，所述正交車銑切削的切入切出角為:
切入角
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的一種平底螺旋立銑刀正交車銑軸類零件的切削力建模方法，其特征在于，瞬時正交車銑切削力由機械模型計算，先得到正交車銑微元切削力計算公式，然后根據(jù)確定的正交車銑切屑厚度、切削深度和正交車銑切入切出角，判斷離散層是否參與切削，確定微元切削力的積分限，積分參與切削的微元切削力，獲得當前切削狀態(tài)總切削力。
9.根據(jù)權利要求8所述的建模方法，其中，所述當前切削狀態(tài)總切削力的算法如下:根據(jù)Altintas的切削力機械模型，第j個刀齒的第i個微元的切削力可表示為:

【文檔編號】G06F17/50GK103646141SQ201310655052
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權日:2013年12月5日
【發(fā)明者】閆蓉, 彭芳瑜, 邱鋒, 汪勇, 林森, 李斌 申請人:華中科技大學