[发明专利]一种碳纤维复合材料顺逆铣加工方式的优选方法

摘要

本发明一种碳纤维复合材料顺逆铣加工方式的优选方法属于机械加工领域，涉及一种碳纤维复合材料顺逆铣加工方式的优选方法。该方法基于铣削加工参数分别求解铣削过程中纤维切削角的实际变化范围，再依据所使用的材料属性和刀具结构，通过实验或有限元计算的方式确定能使加工质量最优的纤维切削角度范围。最后分别计算顺、逆铣加工时纤维切削角的实际范围落在最优范围中的比例，选择比例较大的铣削方式作为该工况下最优铣削方式。优选方法能够为实现碳纤维复合材料构件的高质、高效、高精度铣削加工提供一种新方法，实现对铣削方式的优化选择，且计算步骤简便，有很好的工程应用前景。

主权项

1.一种碳纤维复合材料顺逆铣加工方式的优选方法，其特征是，该方法基于铣削加工参数分别求解铣削过程中纤维切削角的实际变化范围；再依据所使用的材料属性和刀具结构，通过实验或有限元计算的方式确定能使加工质量最优的纤维切削角度范围；最后分别计算顺、逆铣加工时纤维切削角的实际范围落在最优范围中的比例，选择比例较大的铣削方式作为该工况下最优铣削方式；方法的具体步骤如下：第一步：分别求解顺、逆铣加工过程中纤维切削角的实际范围铣削加工过程中，刀具在进给运动的同时持续发生回转，使得实际的纤维切削角在一定范围内持续变化，其大小由工件纤维角度和刀具刀齿的旋转角共同决定；定义纤维切削角ψ为瞬时切削速度方向经逆时针旋转直至与纤维方向重合时所转过的角度，工件纤维角度θ为进给速度方向经逆时针旋转直至与纤维方向重合时所转过的角度，刀齿旋转角为从竖直线沿逆时针方向旋转至瞬时切削点时所经过的角度；1)逆铣加工时，由几何关系，得：其中，刀齿旋转角的变化范围为0°至而由铣削工艺参数径向切深a_e和所用铣刀直径D决定，即：结合式(1‑2)，得逆铣加工中纤维切削角的变化范围为：2)对于顺铣过程，按照此前的定义易知，其纤维切削角ψ_D与相同切削条件下逆铣过程中纤维切削角ψ_U在每一瞬时都互为补角，即满足：ψ_D＝180‑ψ_U    (4)结合公式(1‑4)，得顺铣加工中纤维切削角的变化范围为：第二步：根据材料属性和刀具结构，确定纤维切削角的最优范围根据所使用的刀具几何参数和碳纤维复合材料的属性，通过有限元数值模拟或通过简化的直角切削实验，获取损伤深度随纤维切削角度的变化规律，从中选取使得损伤深度较小的纤维切削角度范围作为最优纤维切削角范围；第三步：分别求解顺、逆铣加工过程中纤维切削角的实际范围落在最优范围中的比例，并挑选比例大的铣削方式作为该工位的最优铣削方式设逆铣加工纤维切削角的实际范围落在最优范围内的区间长度为l_U，顺铣加工纤维切削角的实际范围落在最优范围内的区间长度为l_D，即得顺、逆铣加工过程中纤维切削角的实际范围落在最优范围中的比例分别为：若有ε_U＜ε_D，则选择顺铣；反之，则选择逆铣；二者相等时，则根据第二步中的变化规律，选择能使损伤深度值较小的铣削方式。