[发明专利]平头立铣刀铣削过程铣削力建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铣削过程铣削力建模方法，特别是涉及一种平头立铣刀铣削过程铣削力建模方法。

背景技术

文献1“W.A.Kline，R.E.DeVor，J.R.Lindberg，The prediction of cutting forces in end milling with application to cornering cuts，International Journal of Machine Tool Design and Research，22(1982)7-22.”公开了一种适用于平头立铣刀的集成铣削力模型，该模型将侧刃的剪切效应和犁切效应等效为一个虚拟的剪切模型，用一个铣削力系数来建立铣削力与切削工艺几何参数的关联关系，同时该模型忽略了底刃的切削效应。

文献2“E.Budak，Y.Altintas，E.J.A.Armarego，Prediction of milling force coefficients from orthogonal cutting data，Journal of Manufacturing Science and Engineering-Transactions of the ASME 118(1996)216-224.”公开了一种适用于平头立铣刀的二元铣削力模型，该模型将侧刃的剪切效应和犁切效应独立考虑，分别用两个独立的系数来建立剪切效应和犁切效应与工艺几何参数的对应关系，该模型也忽略了底刃的切削效应。

文献3“M.Wan，W.H.Zhang，Y.Yang，Phase width analysis of cutting forces considering bottom edge cutting and cutter runout calibration in flat end milling of titanium alloy，Journal of Materials Processing Technology 211(2011)1852-1863.”公开了一种适用于平头立铣刀且同时考虑底刃和侧刃切削效应的切削力模型，但是该模型也是将侧刃的剪切效应和犁切效应等效为一个虚拟的剪切模型，分别用两个独立的系数来建立侧刃切削效应和底刃切削效应与工艺几何参数的对应关系。

以上文献的典型特点是：无法揭示侧刃剪切、侧刃犁切以及底刃切削这三种切削效应对切削力的独立作用机制。

发明内容

为了克服现有方法在进行平头立铣刀铣削力建模时，不能独立揭示侧刃的剪切效应、侧刃的犁切效应以及底刃的切削效应的不足，本发明提供一种平头立铣刀铣削过程铣削力建模方法。该方法通过常值铣削力系数建立三种切削机制和工艺几何参数的关联关系，并采用最小二乘法即可实现铣削力系数的标定，相比现有技术简化了铣削力系数的标定流程；既考虑了侧刃参与切削时的剪切效应和犁切效应对铣削力的影响，也考虑了底刃参与切削时的切削效应对铣削力的影响，可以克服现有技术不能独立揭示侧刃剪切效应、侧刃犁切效应以及底刃切削效应这三种切削机制的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种平头立铣刀铣削过程铣削力建模方法，其特点是包括以下步骤：

(1)选定铣刀参数：铣刀刀具半径R、螺旋角β、刀具齿数N_f；铣削方式，顺铣；设定切削参数：刀具主轴转速，单齿进给量，轴向切削深度Rz，径向切削深度Rr；沿轴向将铣刀等分为N个梁单元，通过下式计算t时刻因侧刃剪切效应作用在第i个刀齿上第j个侧刃单元上的切向铣削力F_{T，F，i，j}(t)和径向铣削力F_{R，F，i，j}(t)：

F_{T，Fs，i，j}(t)＝K_T，Fsh_F，i，j(t)w_i，j(t)

F_{R，Fs，i，j}(t)＝K_R，Fsh_F，i，j(t)w_i，j(t)

式中，K_T，Fs表示对应于侧刃剪切效应的切向铣削力系数，K_R，Fs表示对应于侧刃剪切效应的径向铣削力系数，w_i，j(t)表示对应于第i个刀齿上第j个侧刃单元的轴向高度，h_F，i，j(t)表示在t时刻对应于第i个刀齿上第j个侧刃单元的瞬时未变形切屑厚度。