[发明专利]考虑刀具变形影响的微铣削切削力建模方法

权利要求书

1.一种考虑刀具变形影响的微铣削切削力建模方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：显微观测所用刀具的半径r，单位为毫米；切削刃刀尖钝圆的半径r_e，单位为毫米；以及刀具设计前角α，单位为度；

步骤2：查阅材料手册和供应商数据，获取工件材料的剪切屈服强度τ，单位为兆帕；以及铣刀材料的杨氏模量，单位为兆帕；

步骤3：将所用刀具沿轴向等分为H个单元，对于第m单元，在时刻t＝t_i，其因刀具变形而产生的位置变化量d_m以及变形方向α_d；

步骤4：以机床主轴轴心为原点，定义进给方向为x轴正方向，进给方向逆时针侧的法向为y轴正方向，建立坐标系；令在时刻t＝t_i，刀具旋转位置角为φ(t_i)，单位为度；此时刻刀尖位置坐标(x(t_i),y(t_i))由下式计算得到：

式中v_f为铣刀的进给速度；

步骤5：令前一时刻t_i-1时的刀尖位置为(x(t_i-1),y(t_i-1))，通过下式计算时刻t_i的切削方向偏移量φ_d(t_i)：

步骤6：自刀尖位置(x(t_i),y(t_i))，沿刀具旋转位置角方向向刀心方向做射线，寻找所作射线与前一刀齿轨迹的交点，计算刀尖位置与交点之间距离，作为当前时刻t_i的瞬时未变形切屑厚度h₀；

步骤7：通过下式计算名义未变形切屑厚度h_n：

h_n＝h₀+h_p

其中，h_p为前一时刻产生的材料堆积高度；

步骤8：铣削过程的实际前角α_a由下式计算得到：

α_a＝α+φ_d(t_i)

步骤9：铣削过程的实际剪切角由下式计算得到：

式中α_s为等效前角，单位为度；β_s为摩擦角，单位为度；

步骤10：剪切区域厚度h_s和犁切区域厚度h_e由下式确定：

步骤11：通过下式计算切削力：

其中F_t为切向切削力，F_r为法向切削力，单位为牛顿；ι为斜角切削倾斜角，单位为度，与铣削过程中铣刀螺旋角一致；B为切削宽度，单位为毫米；K_te、K_re、p_te、p_re、q_te和q_re为犁切力系数；

步骤12：对于具有K个刀齿的铣刀，共J个轴向分段参与切削的铣削过程，通过下式计算铣刀受到的切削力：

其中φ_i,j(θ)为铣刀第k个刀齿的第j个轴向分段上切削刃的瞬时齿位角，单位为度；F_t,k,j(φ_k,j(θ))为铣刀第k个刀齿的第j个轴向分段上切削刃受到的切向切削力，F_r,k,j(φ_k,j(θ))为铣刀第k个刀齿的第j个轴向分段上切削刃受到的法向切削力；

步骤13：重复步骤3至步骤12进行循环迭代，直至两次相邻迭代铣刀变形量d_m变化值小于给定允许误差值；

步骤14：进入下一时刻t＝t_i+1，令i＝i+1，循环步骤3至步骤14，直至切削过程结束。

2.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1所述的方法。

3.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1所述的方法。