[发明专利]一种平底铣刀多轴铣削力预测方法

说明书

本发明公开了一种铣削力预测方法，包括：建立坐标系；确定工艺参数，并计算微元铣削刃的旋转角；确定铣削力系数；提取待加工工件的刀位点信息，根据提取的刀位点信息确定铣削加工过程中每齿切削时刀具的位置，计算瞬时未变形切屑厚度，将瞬时未变形切屑厚度拆分为第一厚度和第二厚度，第一厚度通过刀具姿态不变时铣削加工的切削厚度获取，第二厚度为刀轴矢量在单齿切削时间内由于姿态旋转引起的变化厚度；根据铣削力系数和瞬时未变形切屑厚度计算单个微元铣削力，并将总铣削力转化到工件坐标系下，作为铣削力在当前时刻的预测值。本发明通过对瞬时未变形切屑厚度进行拆分，减小计算量，提高计算效率，并且，可以提高计算精度。

技术领域

本发明涉及铣削加工工艺技术领域，具体地，涉及一种铣削力预测方法。

背景技术

铣削力是表征零件加工过程最为重要的一个物理量，它真实地反映了刀具和工件间的相互作用关系，在整个工艺系统中起到纽带作用。在实际生产过程中，过大的铣削力会在刀具和工件之间激发动态位移响应，从而引起工艺系统变形、加工颤振等一系列问题，影响零件的制造精度和表面质量。由此，对瞬时铣削力的准确预测成为加工过程仿真的基础与先决条件。根据建模方法的不同，可以将铣削力预报模型分成多元回归分析预测模型、人工神经网络预测模型、有限元方法预测模型和微元铣削力预测模型，其中微元铣削力模型物理意义清晰，方法易于实现，更适合在加工仿真系统中集成使用。该模型将铣削力表示成切削力系数与微元切削区域相乘的形式，对于五轴铣削加工而言，建模的难点在于刀具与工件接触区域的提取和瞬时未变形切屑厚度的计算。

目前，在微元铣削力模型中，常见的未变形切屑厚度的计算方法有2类，一类是解析法，该类方法建立刀具切削过程中刀齿的扫略面方程，然后计算当前切削点位置的法线方程与扫略面方程的交点，进而计算出切削厚度。五轴切削过程中，每个周期切削力变化情况不一样，所以导致该类方法计算量很大。第二类方法是向量法，该类方法用当前时刻切削点坐标与前一周期该时刻切削点坐标构造向量，该向量与当前时刻切削点的法线向量点乘后取绝对值计算切削厚度，该方法的问题是需要多次计算点坐标在不同坐标系件下的表示，尤其是考虑刀具偏心后，该方法计算量又大了一些。

因此，无论是解析法还是向量法计算未变形切屑厚度的计算量均比较大，进而导致铣削力的计算量较大。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种铣削力预测方法，以解决目前铣削力计算过程中存在的运算量大、计算耗时的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述铣削力预测方法，包括：

建立工件坐标系、刀具坐标系和加工坐标系；

确定工艺参数，并根据工艺参数计算微元铣削刃的旋转角，其中，所述工艺参数包括铣刀物理参数和铣削加工工艺参数；

选择铣削力系数模型，并根据所述铣削力系数模型确定铣削力系数；

提取待加工工件的刀位点信息，根据提取的刀位点信息确定铣削加工过程中每齿切削时刀具的位置，计算瞬时未变形切屑厚度；

根据所述铣削力系数和瞬时未变形切屑厚度计算单个微元铣削力，并将单个微元铣削力转化到刀具坐标系下，沿轴向叠加各个铣削刃的微元铣削力计算出总铣削力，并将总铣削力转化到工件坐标系下，作为铣削力在当前时刻的预测值；

其中，计算所述瞬时未变形切屑厚度时，将瞬时未变形切屑厚度拆分为第一厚度和第二厚度，所述第一厚度通过刀具姿态不变时铣削加工的切削厚度获取，所述第二厚度为刀轴矢量在单齿切削时间内由于姿态旋转引起的变化厚度；

t时刻的瞬时未变形切屑厚度通过下式计算：