[发明专利]一种平底螺旋立铣刀正交车铣轴类零件的切削力建模方法

摘要

本发明公开了一种平底螺旋立铣刀正交车铣轴类工件的切削力建模方法，包括步骤分别建立螺旋立铣刀坐标系和轴类零件坐标系，确定两个坐标系间的坐标变换；在建立的坐标系中，明确正交车铣切削运动轨迹，确定轴向进给、径向进给和总进给；根据计算得到的正交车铣运动轨迹和确定的进给，确定正交车铣切屑几何；对每个离散层建立微元正交车铣切削力计算公式，根据确定的正交车铣切屑厚度、切削深度和正交车铣切入切出角，判断各离散层是否参与切削，确定微元切削力的积分限，积分参与切削的微元切削力，获得当前切削状态总切削力。本发明建立的模型，能够准确地获得正交车铣轴类零件时的切削力，进而实现基于切削力的正交车铣轴类零件工艺参数优化。

主权项

一种平底螺旋立铣刀正交车铣轴类零件的切削力建模方法，其特征在于包括如下步骤：S1：分别建立螺旋立铣刀坐标系和轴类零件坐标系，确定两个坐标系间的坐标变换，所述正交车铣切削中螺旋立铣刀坐标系和轴类零件坐标系间的坐标变换，通过如下公式计算得到：xwywzw=0sinθcosθ0-cosθsinθ100xFyFzF+(R-ap)cosθ+esinθ(R-ap)sinθ-ecosθλNfat]]>其中，xw，yw和zw是轴类零件坐标系中点的坐标值，xF，yF和zF是刀具坐标系中点的坐标值，R为工件半径，ap为给定的切削深度，θ为工件转角，e为t＝0时刀具坐标系的zF轴相对zw轴在yw轴负方向存在的偏心，t为切削时间，fa为轴向进给，N为刀具齿数，λ为铣刀和工件的转速比，nF为铣刀转速，nw为工件转速；S2：在建立的轴类零件坐标系中，明确正交车铣切削运动轨迹，确定轴向进给、径向进给和总进给，所述正交车铣总进给通过如下公式计算得到：fz=fa2+ft2]]>其中，ft为切向进给，fa为轴向进给，vfa是铣刀轴向进给速度，R为工件半径，nw为工件转速，ap为给定的切削深度；S3：在建立的螺旋立铣刀坐标系中，根据计算得到的正交车铣运动轨迹和确定的进给，确定正交车铣切屑几何：a：将螺旋立铣刀轴向离散成数层，根据获得的进给和正交车铣运动轨迹，在建立的坐标系，确定每个离散层的正交车铣切屑厚度；b：确定各个转角位置的正交车铣切削深度，判断离散层是否处于切削深度范围内；c：根据确定的正交车铣切屑厚度和切削深度，确定正交车铣切削的切入切出角，判断每个刀齿在各个转角位置是否处于切削中；S4：对每个离散层建立微元正交车铣切削力计算公式，根据确定的正交车铣切屑厚度、切削深度和正交车铣切入切出角，判断各离散层是否参与切削，确定微元切削力的积分限，积分参与切削的微元切削力，获得当前切削状态总切削力；其中，瞬时正交车铣切削力由机械模型计算，先得到正交车铣微元切削力计算公式，然后根据确定的正交车铣切屑厚度、切削深度和正交车铣切入切出角，判断离散层是否参与切削，确定微元切削力的积分限，积分参与切削的微元切削力，获得当前切削状态总切削力；所述当前切削状态总切削力的算法如下：根据Altintas的切削力机械模型，第j个刀齿的第i个微元的切削力可表示为：式中，Ktc，Krc和Kac分别是剪切作用对切向、径向和轴向切削力的作用系数，Kte，Kre和Kae分别是刃口摩擦作用对切向、径向和轴向切削力的作用系数，是第j个刀齿的第i个微元的切屑厚度，N为刀齿数，是第j个刀齿的第i个微元的瞬时接触角；将上式(1)中的微元切向力、微元径向力和微元轴向力变换为铣刀坐标系xFyFzF中的沿x轴的微元切削力分量、沿y轴的微元切削力分量和沿z轴的微元切削力分量，得到：将微元切削力沿铣刀轴向积分，根据式(1)和(2)可得：Fq,j=∫0qp-cosφij-sinφij0sinφij-cosφij0001KtcKteKrcKreKacKaeh(φij)1g(φij)dz,q=x,y,z---(3)]]>式中，ap为名义切削深度，是铣刀切入角，是铣刀切出角；将所有螺旋切削刃的瞬时切削力进行求和，得到作用在铣刀上的总的瞬时切削力：Fx=Σj=0N-1Fx,j,Fy=Σj=0N-1Fy,jFz=Σj=0N-1Fz,j---(5).]]>