[发明专利]一种机床铣削加工工艺下的虚拟刀装置及加载方法

说明书

本发明公开了一种机床铣削加工工艺下的虚拟刀装置及加载方法，包括同轴安装于机床主轴的虚拟刀柄，虚拟刀柄通过刀柄螺帽、筒夹与虚拟刀杆连接，所述虚拟刀杆为一阶梯轴，轴向一端设有轴肩，轴向另一端有直径为10mm的螺纹盲孔，螺纹盲孔与球头杆的杆端配合，轴肩一端定位刀柄螺帽；所述球头杆的球头端与圆锥滚子轴承的内圈过盈配合，圆锥滚子轴承的外圈与轴承套筒的内台阶面接触紧密，所述球头杆、虚拟刀杆、虚拟刀柄与机床主轴可保持同步转动。本发明可以进行机床主轴高速旋转状态下三向加载和同时加载，更加真实地模拟实际的机床铣削过程中的切削力状况，提高机床刚度、可靠性分析的准确性。

技术领域

本发明属于机床铣削加工技术领域，具体涉及一种机床铣削加工工艺下的虚拟刀装置及加载方法。

背景技术

机床的精度及稳定性与机床刚度有着密切的关系，若机床刚度达不到要求，则会严重影响其加工质量，无法达到理想的加工要求。机床在铣削加工过程中由于受到切削力的作用，机床各部分构件产生的载荷的大小及受载位置都会发生变化，这也会对机床的静刚度产生影响，改变机床的加工精度及稳定性。目前机床主轴刚度测试的技术手段一般通过是设置一个加载装置来进行机床工作状态的模拟加载，但是大部分装置只能模拟施加单个方向的负载，不能实现三个方向同时加载，这样并不能很好的模拟实际机床的工作时受载状况。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种机床铣削加工工艺下的虚拟刀装置及加载方法，可以进行机床主轴高速旋转状态下三向加载和同时加载，更加真实地模拟实际的机床铣削过程中的切削力状况，提高机床刚度、可靠性分析的准确性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种机床铣削加工工艺下的虚拟刀装置，包括同轴安装于机床主轴的虚拟刀柄6，所述虚拟刀柄6通过刀柄螺帽4、筒夹5与虚拟刀杆3连接，所述虚拟刀杆3为一阶梯轴，轴向一端设有轴肩，轴向另一端有直径为10mm的螺纹盲孔，螺纹盲孔与球头杆7的杆端配合，轴肩一端定位刀柄螺帽4；

所述球头杆7的球头端与圆锥滚子轴承2的内圈过盈配合，圆锥滚子轴承2的外圈与轴承套筒1的内台阶面接触紧密，所述球头杆7、虚拟刀杆3、虚拟刀柄6与机床主轴可保持同步转动。

所述轴承套筒1外部连接X、Y两向动力设备和拉压力传感器，轴承套筒1内圈设有台阶面，与圆锥滚子轴承2的外圈配合保持不动，经虚拟刀杆3和刀柄6将X、Y两向载荷施加给机床主轴，轴承套筒1的外端面可直接连接Z向加载设备及拉压力传感器，可同时对轴承套筒1施加三向载荷，再经过虚拟刀装置的传递，将三向载荷施加给机床主轴，实现较为精确的机床模拟铣削状况。

一种机床铣削加工工艺下的虚拟刀装置的加载方法，包括以下步骤；

步骤一：球头铣刀产生的铣削力看作是铣削面积和加工过程中工件与铣刀铣削刃接触长度的函数，将刀具铣削刃分散为众多的微小单元，对每个微小单元进行受力分析，通过微元铣削刃上的力的求和来求得在加工过程中的整体受力，其基本模型表示为：

式中dF_t为切向切削力微元，dF_r径向切削力微元，dF_a为轴向切削力微元，h表示瞬时切削厚度，K_tc为切向剪力系数，K_te为切向犁耕力系数，dF_r表示径向剪切力系数，K_re为径向犁耕力系数，K_ac为轴向剪切力系数，K_ae为轴向犁耕力系数，d_s为切削刃长度微元；

步骤二：分析球头铣刀的结构，建立球头铣刀的微元铣削力模型，将铣削刃上某一微元所受的力在X、Y、Z三个方向进行分解：

式中θ为铣削刃在球头铣刀顶点的切线与y轴方向的夹角，即刀具的转角，表示刀具的螺旋滞后角；