[发明专利]一种三维车削力解析建模方法

权利要求书

1.一种三维车削力解析建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定车刀的几何参数和选定切削参数，车刀的几何参数包括法向前角α_n、刃倾角λ_s、法向后角γ_n、主偏角k_r和刀尖圆弧半径r_e；切削参数包括切削深度a_p、进给量f_t和切削速度V；

S2、将车刀的切削刃在前刀面A_γ上沿圆周方向离散成(K+2)个切削微元，每个切削微元的切削特性看作含有切屑流出方向约束的斜角切削过程，即由于相邻切屑间的相互作用使所有切屑单元沿同一方向流出；

S3、由于前刀面A_γ上所有切屑微元都具有相同的切屑流动方向，故得到第k个切屑微元的局部切屑流角的表达式其中，为全局流动角，为切削微元偏转角；

S4、由于所有切屑微元具有相同的流动方向，将第k个切屑微元受到相邻切屑约束的力平衡和施加在所有切屑单元上的力平衡相结合，得到切屑微元的力平衡方程是由第k个切屑微元的相邻切屑单元所产生的合力，由此计算得到进而计算出

S5、根据修改后的斜角切削模型，计算第k个切削微元由主剪切区的剪切效应所产生的剪切力和法向力

其中，τ_sh为主剪切区的剪切流动应力，A_k为第k个切削微元的切削载荷，为第k个切削微元的刃倾角，为第k个切削微元的法向剪切角，为第k个切削微元的前角，为第k个切削微元的法向摩擦角，为第k个切削微元的局部切屑流动角，为第k个切削微元的剪切流动角；

S6、通过坐标变换，第k个切削微元由剪切作用引起的切向分力dF_t,j、径向分力dF_r,j、轴向分力dF_a,j的表达式为

S7、通过坐标变换，将所有切削微元产生的切削力进行叠加，得到总切削力的表达式为

其中，F_x、F_y、F_z分别为总切削力在x、y、z三轴方向上的分力。

2.根据权利要求1所述的三维车削力解析建模方法，其特征在于，根据车刀几何参数和切削参数计算切入角切出角离散角初始位置角

然后依此计算每个切削微元的径向位置角微元偏角切削宽度w^k、切削深度切削厚度t_k、切削载荷A_k、刃倾角法向前角及切削偏角

其中，

3.根据权利要求2所述的三维车削力解析建模方法，其特征在于，步骤S4中，由于第k个切屑微元受到相邻切屑微元的约束，故第k个切屑微元的力平衡方程为

其中，X_c与前刀面A_γ垂直，Z_c是切屑流向，y_c与A_γ中切屑流向垂直，为剪切流动方向，为剪切面法向方向，和分别为前刀面A_γ内法向力和摩擦力，是由相邻切屑微元所产生的合力，和分别为主剪切面的剪切力和法向力；

根据切屑微元之间内力相互抵消，得到施加在所有切屑微元的力平衡方程为