[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

说明书

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，属于铣刀加工技术领域。本发明为了改进已有铣刀瞬时切削能量效率和切削比能解算方法难以揭示出刀齿切削刃上瞬时切削能量效率与切削比能的分布特性，依据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和刀齿瞬时切削能量效率关联模型，利用刀齿铣削微元瞬时切削速度、瞬时剪切速度、瞬时主切削力和瞬时剪切力的解算模型，构建微元瞬时主切削力能耗分布函数与瞬时剪切力能耗分布函数。根据瞬时切削体积和刀齿切削刃瞬时切削上、下边界解算方法，获取瞬时切削能量效率、切削比能沿切削刃的分布特性。本发明解决了实际加工过程中工件去除材料大小无法定量描述的问题。

技术领域

本发明属于铣刀加工技术领域，具体涉及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。

背景技术

铣刀高效、断续切削过程中，受切削载荷不断变化影响，铣刀输入、输出能量处于不稳定状态，其切削层参数不断变化，直接影响铣刀瞬态切削能耗。研究振动作用下铣刀瞬态切削能效分布变化特性，建立正确的瞬态能效解算模型，识别其关键控制变量，可为铣刀的高能效设计提供依据。

铣刀瞬时多齿切削方式决定了铣刀瞬态能效是由参与切削的各个刀齿的瞬态能效构成，刀齿切削刃上瞬态能量效率和切削比能的分布，是揭示铣刀瞬态切削能效变化特性的关键。采用螺旋刃立铣刀切削时，刀齿切削刃上各点瞬时切削速度矢量方向并不相同。同时，受铣削振动和刀齿误差的影响，刀齿瞬时切削行为在工件坐标系内处于不稳定状态，导致刀齿与工件瞬时切削接触关系处于不断变化过程之中，从而引起了切削刃上各点切削力的大小和方向不断变化，进而导致刀齿各点的能耗值并不相同，使得铣刀瞬态切削能效分布的变化特性呈多样性。

已有关于铣刀瞬态能量效率解算方法，由整把刀能耗之和比铣刀输入能量获取；已有关于铣刀切削比能的解算方法，利用铣刀切削时整把刀消耗的能量之和比工件材料去除率进行解算。上述方法假定铣刀各个刀齿的瞬时切削行为具有相同的变化特性，无法揭示出瞬态切削能效沿铣刀切削刃的空间分布特性，有必要对此进行深入研究。

发明内容

本发明针对已有铣刀瞬时切削能量效率和切削比能解算方法难以揭示出刀齿切削刃上瞬时切削能量效率与切削比能的分布特性，提出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。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

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，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。

进一步的，步骤S1的具体构建方法包括如下步骤：