[发明专利]一种考虑刀具齿间角、螺旋角及偏心的铣削力预测方法

权利要求书

1.一种考虑刀具齿间角、螺旋角及偏心的铣削力预测方法，所述铣削力预测方法适用于硬质合金刀具，其包括以下步骤：

(1)确定工件物理参数、刀具几何参数及工艺加工参数，所述刀具几何参数包括螺旋角及齿间角；所述工艺加工参数包括偏心距离及偏心角度；

(2)将刀具参与切削的区域划分为多段切削微元，并计算任意时刻切削微元的刀具角度位置；其中，任意时刻切削微元的刀具角度位置由以下公式计算获得：

式中n为主轴转速；φ₀为参考切削刃i＝1在刀具底部的初始角度位置；ψ_i,j＝jdztanβ_i/R为切削微元[i,j]相对于刀具底部的径向滞后角，β_i为第i条切削刃的螺旋角；φ_pi表示为在刀具底部第i条切削刃与第i-1条切削刃间的齿间角；

(3)在考虑刀具齿间角、刀具螺旋角及刀具偏心的情况下，计算切削微元的实际每齿进给和瞬时动态切厚；其中，切削微元的实际每齿进给由以下公式联合计算获得：

式中，β_i为第i条切削刃的螺旋角，f_z为名义进给，N为切削刃数，φ_pi,j为切削微元[i,j]与切削微元[i-1,j]的齿间角；

切削微元在刀具偏心下的实际瞬时动态切厚由以下公式联合计算获得：

式中R_i,j和R分别为切削微元[i,j]的实际有效切削半径和刀具半径，m_i,j表示当前切削微元[i,j]切削的是之前第m_i,j个切削微元留下的材料；

(4)计算剪切流动应力及剪切力系数和刃口力系数；所述剪切流动应力是采用基于非等宽剪切区域模型和Johnson-Cook流动应力模型计算获得的；

(5)计算切削微元在刀具切向、径向及轴向的切削微元力，并通过笛卡尔坐标系转换将切削微元在刀具切向、径向及轴向的切削微元力转化到机床坐标系的X轴、Y轴及Z轴上；

(6)对每条切削刃上起到切削作用的所有切削微元力进行积分求和，以得到任意时刻的三向铣削动态切削力。

2.如权利要求1所述的考虑刀具齿间角、螺旋角及偏心的铣削力预测方法，其特征在于：所述偏心距离及所述偏心角度是采用激光位移传感器检测得到的。

3.如权利要求1所述的考虑刀具齿间角、螺旋角及偏心的铣削力预测方法，其特征在于：所述剪切力系数是采用基于微元等效平面法和直角-斜角转换公式来计算获得的。

4.如权利要求1所述的考虑刀具齿间角、螺旋角及偏心的铣削力预测方法，其特征在于：所述刃口力系数是基于滑移线场分析模型计算获得的。

5.如权利要求1所述的考虑刀具齿间角、螺旋角及偏心的铣削力预测方法，其特征在于：所述切削微元在刀具切向、径向及轴向的切削微元力是采用主剪切区域剪切力与第三摩擦区域刃口力叠加的方法计算获得的。