[发明专利]一种平底螺旋立铣刀的铣削力解析建模方法

摘要

本发明涉及一种平底螺旋立铣刀的铣削力解析建模方法，该方法将工件材料特性、刀具几何、切削条件及铣削方式作为模型输入参数，考虑了刀具刃口半径，变滑动摩擦系数与刀具跳动对切削力的影响，在模型中通过Johnson‑Cook本构模型来计算剪切流动应力，铣刀的每个切削刃沿刀轴方向离散为多个微元，每个微元的切削特性等效为斜角切削过程，通过斜角切削力的解析模型获得作用在每个切削微元上的切削力，然后将所有切削微元的切削力进行叠加，得到铣刀受到的铣削力值，能较真实地反映切削机理及切削过程中相关的应力、应变、应变率及温度的分布情况，只需输入切削条件和工件特性参数就能很快的预测出铣削力，具有较高的准确性和快速性。

主权项

一种平底螺旋立铣刀的铣削力解析建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定平底螺旋立铣刀的几何参数：铣刀直径D，单位为mm；刀齿数Nt，单位为齿；螺旋角i0，单位为deg；刀具前角αr，单位为deg；选定切削参数：主轴转速nr，单位为rpm；每齿进给量ft，单位为mm/z；径向切宽dr，单位为mm；轴向切深ap，单位为mm；步骤2，将平底螺旋立铣刀沿刀轴方向等分成N个切削微元，每个切削微元的切削特性看作斜角切削过程，第i个切削刃上第j个切削微元所受到的切削力(dFt,j,dFr,j,dFa,j)是由切削的剪切作用力(dFs,dNs)和刀具刃圆的犁耕作用力(dPc,dPf)叠加而成，其矩阵公式(1)表示形式如下：dFt,jdFr,jdFa,j=cosλscosφncosηsh+sinλssinηshcosλssinφn-sinφncosηshcosφnsinλscosφncosηsh-cosλssinηshsinλssinφndFsdNs+cosλs001sinλs0dPcdPf---(1)]]>其中，λs为切削微元的刃倾角，单位为deg，其值等于铣刀的螺旋角i0；ηsh为剪切流动角，单位为deg；φn为刀具法向剪切角，单位为deg；步骤3，通过坐标变换将切削微元受到的切削力分解到全局坐标系中，由公式(2)表示如下：dFx,jdFy,jdFz,j=-cosφj-sinφj0sinφj-cosφj000-1dFt,jdFr,jdFa,j---(2)]]>其中，φj为第i个切削刃上第j个切削微元的径向位置角，单位为deg；为判断切削刃是否切削工件，令g(φj)为其单位阶跃函数，表述如下：g(φj)=1,forφst<φj<φex0,forφj<φstorφj>φex]]>其中，1为是，0为否；φst为切入角，单位为deg，φex为切出角，单位为deg；步骤4，将作用在第i个切削刃上第j个切削微元上的切削力沿该切削刃参与切削的区域进行积分，得到如下公式(3)：Fq[φj(z)]=∫z1(φj)z2(φj)dFq[φj(z)]dz,q=x,y,z---(3)]]>其中，z2(φj),z1(φj)是切削刃j上参与切削区域的轴向积分上下限；步骤5，将作用在Nt个切削刃上的切削力相加，计算出作用在刀具上的总切削力，其表述公式(4)如下：Fx(φ)=Σj=1NtFx,j[φ(z)],Fy(φ)=Σj=1NtFy,j[φ(z)],Fz(φ)=Σj=1NtFz,j[φ(z)]---(4)]]>其中，Fx(φ),Fy(φ),Fz(φ)分别表示在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向作用在切削刃上的切削力总和。