[发明专利]计算球头铣刀铣削负载的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机数控加工技术领域，具体涉及一种五轴数控加工中计算球头铣刀铣削负载的方法。

背景技术

球头铣刀五轴铣削是航空发动机叶轮、叶片类空间曲面和模具类复杂曲面精加工的主要技术手段。由于零件的复杂性，通常需要改变刀具的轴线方向从而避免干涉。为预测五轴铣削过程的切削力，减小加工过程中的变形和振动，首先需要计算铣刀切削工件的瞬时切削厚度。

球头铣刀铣削力建模一般将刀具沿轴线方向分割为若干圆盘状的刀具微元，通过计算微元的切削状态和微元切削力，再将微元的切削力进行叠加而求出整体的铣削力。然而现有的模型一般都是在刀具与工件的相对位置比较特殊(只有侧倾或只有前倾)的情况下进行铣削力预测，并采用矢量计算方法获得切削负载。然而，这种方法无法反映微元在一个周期内切入工件和切出工件的真实过程，也无法计算球头铣刀既侧倾又前倾的铣削负载。

发明内容

本发明的目的在于针对现有铣削力建模中存在的缺陷，提供一种计算球头铣刀铣削负载的方法，其能在刀具侧倾和前倾铣削时获得刀具的切削刃与工件的瞬时切削状态以及切削厚度，从而实现五轴铣削加工中切削力的预测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种计算球头铣刀铣削负载的方法，包括如下步骤：

(1)获得刀具与工件的相对位置参数模型；

(2)根据刀具与工件的相对位置参数模型确定参与切削的全部刀具微元，刀具微元包括侧倾铣削微元与前倾铣削微元；

(3)根据刀具与工件的相对位置参数模型计算每个参与切削的侧倾铣削微元的切入角、切出角以及瞬时切削厚度；

(4)根据刀具与工件的相对位置参数模型计算每个参与切削的前倾铣削微元的切入角、切出角以及瞬时切削厚度；

(5)将每个侧倾铣削微元的瞬时切削厚度和每个参与切削的前倾铣削微元的瞬时切削厚度进行叠加，以获得刀具微元的瞬时切削厚度；

(6)将参与切削的所有刀具微元的瞬时切削厚度进行求和，以获取球头铣刀的瞬时铣削负载。

本发明具有以下的优点和技术效果：通过将球头铣刀切削过程进行分解，揭示刀具不同轴向位置的刀具微元切入与切出工件的过程，以及微元瞬时切削的厚度，获得瞬时参与切削的切削点，从而计算刀具倾斜情况下的切削厚度，以预测五轴加工瞬时切削力。

附图说明

图1为本发明计算球头铣刀铣削负载的方法的流程图

图2为刀具与工件的相对空间位置示意图。

图3(a)至图3(c)为刀具球面参与切削的部分与进给方向的关系。

图4为刀具微元进给方向的分解示意图。

图5为侧倾铣削示意图。

图6(a)为前倾铣削示意图。

图6(b)至图6(e)为前倾铣削微元的不同铣削状态示意图。

图7(a)和(b)示出采用本发明方法计算得到的铣削负载结果。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的接受方案作进一步的详细描述，但本实施例并不用于限制本发明。

本发明采用的球头铣刀的参数如下：直径10毫米，刃数为4，螺旋角30度，被加工表面为平面，切削方式采用铣槽方式，切削深度为1毫米，每齿进给为0.1毫米。

如图1所示，本发明计算球头铣刀铣削负载的方法包括以下步骤：

1、获得刀具与工件的相对位置参数模型；

如图2所示，T为刀具轴线方向，切削进给方向与X轴方向相同，刀具的倾斜方向和角度见右图，O为刀具的球心点，OA表示刀具轴线，α表示刀具轴线与加工表面法向所成的角度，φ表示刀具微元的转角，即刀具轴线在加工表面投影与进给方向X的夹角，A′表示A点在加工表面的投影(如图3(a)至(c)所示)，当φ＝0时，为前倾铣削；当φ＝π/2时，为侧倾铣削。

2、根据刀具与工件的相对位置参数模型确定参与切削的全部刀具微元，刀具微元包括侧倾铣削微元和前倾铣削微元，并且刀具微元的进给运动可分解为侧倾铣削微元进给运动与前倾铣削微元进给运动；

刀具微元的进给运动如图4所示，刀具微元的进给可以分为侧倾铣削进给f_c和前倾铣削进给f_q，并由下式(1)计算：