[发明专利]考虑刀具变形影响的微铣削切削力建模方法

说明书

本发明提供一种考虑刀具变形影响的微铣削切削力建模方法，该方法首先计算出发生弱刚度变形的铣刀上的切削刃的实时位置，并以此确定实际的刀尖切削运动方向与理论瞬时未变形切屑厚度；然后根据定义，计算得到在发生切削方向偏移时的实际前角、剪切角以及瞬时未变形切屑厚度；然后考虑金属死区以及材料堆积现象，计算得到此时的切削力，并采用迭代算法对铣削过程进行建模，即得到微铣削过程的切削力。本发明提供的弱刚度刀具微铣削过程切削力建模方法考虑了实际切削方向对切削参数实际值的影响，实现弱刚度刀具微铣削过程切削力的准确预测。

技术领域

本发明涉及一种微铣削切削力建模方法，特别涉及一种适用于采用弱刚度刀具的微铣削过程的切削力建模方法。

背景技术

微铣削刀具通常因为其自身的细长结构而具有较弱的刚度，在切削过程中极易发生严重变形。当刀具发生变形时，刀尖的实际运动轨迹将发生改变，导致实际切削方向偏离理论切削方向。然而，根据定义，前角、后角、剪切角、瞬时未变形切屑厚度等参数的确定都与切削方向相关。当切削方向发生偏离时，这些参数同步将发生改变，并对切削力产生影响。因此，在针对采用弱刚度刀具的微铣削过程的切削力建模过程中，需要考虑因实际切削方向变化导致的切削参数变化所带来的影响。

文献“T.M.Moges,K.A.Desai,P.V.M.Rao,Modeling of cutting force,tooldeflection,and surface error in micro-milling operation,The InternationalJournal of Advanced Manufacturing Technology 98(2018)2865–2881.”公开了一种考虑刀具弱刚度变形的微铣削切削力建模方法。该方法将微铣刀视为悬臂梁，在计算了加工过程中的刀具变形后，根据相邻刀齿轨迹判断了瞬时未变形厚度，然后结合迭代算法对铣削过程进行了建模。

上述参考文献的典型特点是：在弱刚度铣刀加工过程中，仅仅考虑铣刀切削刃的位置变化影响，而忽略了切削方向的变化及其影响。微铣削过程中，铣刀变形程度相对其回转半径更大，切削方向变化将更为剧烈，并对切削力和切削过程产生严重影响，对现有方法的预测准确性产生干扰。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有方法早对弱刚度刀具微铣削建模过程中忽略实际切削方向变化影响，无法准确对切削力进行建模的缺陷，本发明提供一种考虑实际切削方向变化及其影响的微铣削切削力预测方法。

技术方案

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；