[发明专利]一种五轴加工中心铣削力计算方法

权利要求书

1.一种五轴加工中心铣削力计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

计算未变形切削厚度；

通过未变形切削厚度建立铣削力模型，通过铣削力模型计算五轴加工中心铣削力；

其中，未变形切削厚度定义为：过球心点与刀刃微元构成一线段，该线段与刀刃轨迹交于一点，交点与微元点之间的距离即为未变形切削厚度；

所述未变形切削厚度为：

式中，和分别表示M，N点在工件坐标系下的三维坐标；M，N分别为第一、二条刀刃上某一微元点；

所述铣削力模型为：

在某一时刻，任意位置角作用在刀具上的切削合力通过对所有参与切削的切削微元的受力进行累加得到，其各向分力如下：

式中，分别表示刀具整体切削力在工件坐标系X_w,Y_w,Z_w三个方向上的分力，dz表示切削微元在Z方向的切削厚度；Nf表示刀具切削刃个数；表示刀具切削刃微元的有效切削范围，分别表示微元在工件坐标系X_w,Y_w,Z_w三个方向上的分力；

第一条刀刃的轨迹方程：

第二条刀刃的轨迹方程：

其中T为坐标转换矩阵，将刀具坐标系转换到工件坐标系；

和分别表示M，N点在工件坐标系下的三维坐标，z_M,z_N∈(0,R)分别表示第一、二条刀刃上某一微元点M，N在刀具坐标系下的轴向位置，f_x,f_y,f_z分别表示刀具沿X_c,Y_c,Z_c方向的每齿进给量，θ_B表示刀具绕Y_w轴的旋转角度，θ_C表示工件绕Z_w轴的回转角度，L表示刀尖点与机床旋转轴B之间的距离，D表示刀尖初始状态下在工件坐标系下的轴向距离；表示第i号切削刃上微元点M的水平位置角，表示第i+1号切削刃上微元点N的水平位置角，R表示球头铣刀半径；

R＝12mm，f_x＝0,f_y＝0.1,f_z＝0，θ_B＝π/6，θ_C＝0。

2.根据权利要求1所述的一种五轴加工中心铣削力计算方法，其特征在于，所述计算未变形切削厚度的步骤为：

建立刀具切削刃线的参数模型；根据五轴机床类型，建立刀具在切削工件时的轨迹方程；

采用分段三次非均匀有理B样条曲线表示刀具切削刃，通过非均匀有理B样条曲线和被切除材料实体之间的求交运算，获得刀刃微元在切削过程中的有效切削区间，计算刀具微元瞬时未变形切削厚度。