[发明专利]一种平底螺旋立铣刀的铣削力解析建模方法

权利要求书

1.一种平底螺旋立铣刀的铣削力解析建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定平底螺旋立铣刀的几何参数：铣刀直径D，单位为mm；刀齿数N_t，单位为齿；螺旋角i₀，单位为deg；刀具前角α_r，单位为deg；选定切削参数：主轴转速n_r，单位为rpm；每齿进给量f_t，单位为mm/z；径向切宽d_r，单位为mm；轴向切深a_p，单位为mm；

步骤2，将平底螺旋立铣刀沿刀轴方向等分成N个切削微元，每个切削微元的切削特性看作斜角切削过程，第i个切削刃上第j个切削微元所受到的切削力(dF_t,j,dF_r,j,dF_a,j)是由切削的剪切作用力(dF_s,dN_s)和刀具刃圆的犁耕作用力(dP_c,dP_f)叠加而成，其矩阵公式(1)表示形式如下：

dFt,jdFr,jdFa,j=cosλscosφncosηsh+sinλssinηshcosλssinφn-sinφncosηshcosφnsinλscosφncosηsh-cosλssinηshsinλssinφndFsdNs+cosλs001sinλs0dPcdPf---(1)]]>

其中，λ_s为切削微元的刃倾角，单位为deg，其值等于铣刀的螺旋角i₀；η_sh为剪切流动角，单位为deg；φ_n为刀具法向剪切角，单位为deg；

步骤3，通过坐标变换将切削微元受到的切削力分解到全局坐标系中，由公式(2)表示如下：

dFx,jdFy,jdFz,j=-cosφj-sinφj0sinφj-cosφj000-1dFt,jdFr,jdFa,j---(2)]]>

其中，φ_j为第i个切削刃上第j个切削微元的径向位置角，单位为deg；

为判断切削刃是否切削工件，令g(φ_j)为其单位阶跃函数，表述如下：

g(φj)=1,forφst<φj<φex0,forφj<φstorφj>φex]]>

其中，1为是，0为否；φ_st为切入角，单位为deg，φ_ex为切出角，单位为deg；

步骤4，将作用在第i个切削刃上第j个切削微元上的切削力沿该切削刃参与切削的区域进行积分，得到如下公式(3)：

Fq[φj(z)]=∫z1(φj)z2(φj)dFq[φj(z)]dz,q=x,y,z---(3)]]>

其中，z₂(φ_j),z₁(φ_j)是切削刃j上参与切削区域的轴向积分上下限；

步骤5，将作用在N_t个切削刃上的切削力相加，计算出作用在刀具上的总切削力，其表述公式(4)如下：

Fx(φ)=Σj=1NtFx,j[φ(z)],Fy(φ)=Σj=1NtFy,j[φ(z)],Fz(φ)=Σj=1NtFz,j[φ(z)]---(4)]]>

其中，F_x(φ),F_y(φ),F_z(φ)分别表示在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向作用在切削刃上的切削力总和。