[发明专利]振动作用下铣刀瞬态切削能效分布的变化特性的识别方法

权利要求书

1.振动作用下铣刀瞬态切削能效分布的变化特性的识别方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、构建铣刀瞬时切削能量效率关联模型；

S2、构建铣刀瞬时切削能量传递与转换的表征方法：利用铣削振动对铣刀瞬时切削位姿和瞬时切削输入、输出能量的影响特性，构建铣刀瞬时输入、输出能量方程，实现铣刀瞬时切削能量效率传递与转换关系的定量描述；

S3、构建刀齿切削刃微元的瞬时剪切能量效率解算方法：利用切削刃瞬时切削上边界、下边界，微元瞬时切削速度，微元瞬时剪切速度，微元瞬时切削力，微元瞬时剪切力，对切削刃微元的瞬时切削力能耗分布函数与剪切力能耗分布函数进行构建，解算微元瞬时切削能量效率沿切削刃轴向高度的变化曲线；

S4、构建刀齿切削刃微元的瞬时切削比能的解算方法：利用切削刃瞬时切削上边界、下边界，微元瞬时切削体积，切削刃微元的瞬时切削力能耗分布函数与剪切力能耗分布函数，解算瞬时切削力比能与瞬时剪切比能沿切削刃轴向高度的变化曲线；

S5、基于加工表面形貌的铣刀瞬时切削体积求解方法：利用白光干涉仪获取的铣削加工表面形貌坐标点、刀齿任意一点瞬时切削位姿及铣刀结构，解算基于实验结果的铣刀瞬时切削体积；

S6、利用步骤S2至步骤S5及实验结果，对铣刀瞬态切削能效分布变化特性进行识别和评价。

2.根据权利要求1所述的振动作用下铣刀瞬态切削能效分布的变化特性的识别方法，其特征在于：步骤S1的具体构建方法包括如下步骤：

S1.1、构建o-xyz为工件坐标系，o₀-x₀y₀z₀为无振动的切削坐标系，o_v-x_vy_vz_v为振动作用下的切削坐标系，o_d-x_dy_dz_d为铣刀结构坐标系，o_i-a_ib_ic_i为刀齿坐标系；

S1.2、设置n为主轴转速，v_f为进给速度，P_M(t)为扭矩输入铣刀的能量；P_x(t)、P_y(t)、P_z(t)分别为沿x方向、y方向、z方向输入铣刀的能量，分别为刀齿i沿x方向、y方向、z方向的能耗；P_vx(t)、P_vy(t)、P_vz(t)分别为铣刀沿x方向、y方向、z方向的振动输入能量；为刀齿i的主切削力能耗；为刀齿i的剪切能耗，为刀齿切削体积消耗的能量，为伴随刀齿剪切过程所生成的热量；为刀齿i的摩擦能耗，为刀齿磨损能耗，为伴随刀齿摩擦磨损所生成的热量；

S1.3、构建工件坐标系中，铣刀切削刃任意一点的轨迹方程为：

[x(t) y(t) z(t) 1]^T＝A₃A₂T₃T₂A₁T₁[x_i y_i z_i 1]^T     (1)

式中，(x_i,y_i,z_i)为切削刃任意一点在刀齿坐标系中的坐标，切削刃方程如式(2)所示：

式中，Δr_i为刀齿径向误差，ζ_i为滞后角；

S1.4、构建平移矩阵、旋转矩阵，A₁,A₂,A₃为平移矩阵，T₁,T₂,T₃为旋转矩阵，具体如式(3)～(9)所示：

式中，x_v(t)为振动作用下铣刀原点在工件坐标系的x方向坐标，y_v(t)为振动作用下铣刀原点在工件坐标系的y方向坐标，z_v(t)为振动作用下铣刀原点在工件坐标系的z方向坐标，W为工件宽度，H为工件高度，a_p为切削深度，a_e为切削宽度，Δc_i为刀齿i的轴向误差，β为刀齿的螺旋角，为齿间夹角，为y_d轴与y_y轴在x_vo_vy_v平面内的瞬时夹角，θ₁(t)、θ₂(t)为铣削振动引起的铣刀偏置角；

式中，为t₀时刻y_d轴与y_y轴在x_vo_vy_v平面内的瞬时夹角。