[发明专利]一种基于斜角切削的曲线端铣铣削力预测方法

说明书

本发明提供一种基于斜角切削的曲线端铣铣削力预测方法，将刀刃沿轴向微分，应用曲线微分几何推导微元刃上工作基面的计算方法。该方法将刀刃沿轴向微分，应用曲线微分几何推导微元刃上工作基面的计算方法。在微元刃的工作法平面参考系中，应用最小能量原理，建立力矢量、速度矢量、流屑角、法向摩擦角、法向剪切角及剪应力等铣削参数之间的约束，以单齿直线铣削试验对铣削力系数进行标定，其中法向摩擦角、法向剪切角及剪应力等可表示为瞬时未变形切屑厚度的双指数函数。

技术领域

本发明属于铣削技术领域，涉及一种基于斜角切削的曲线端铣铣削力预测方法。

背景技术

曲线端铣是航空航天、兵器、车辆等工业领域常见的加工工艺，而铣削力则是工艺定制中计算切削功率，制定切削用量，监控切削状态的重要物理量，是引起刀具磨损、破损、折断以及工件加工变形、失稳的首要因素。因此建立曲线端铣时的铣削力预测模型，对实现优质高效生产具有重要意义。现有技术中忽略了进给方向上的运动，未考虑工作基面变化时对刀具工作角度产生的影响，且其提出的力学模型仅适用于直线车削或直线铣削。。

发明内容

本发明提供一种基于斜角切削的曲线端铣铣削力预测方法，将刀刃沿轴向微分，应用曲线微分几何推导微元刃上工作基面的计算方法。

一种基于斜角切削的曲线端铣铣削力预测方法，包括以下步骤：

步骤1、建立坐标架：首先在工件边界处建立惯性坐标架OXYZ，在刀具底部中心O'建立移动坐标架O'X'Y'Z'，其中平面OXY与平面O'X'Y'重合，轴X'、Y'分别平行于轴X、Y，轴Z'与刀具轴线重合；以刀具底部中心O'为起点，建立加工过程中刀具瞬时进给矢量f及其法向矢量n；

步骤2、将刀具沿轴向微分，以第j刃上轴向高度z处的微元刃I_j,z为研究对象，在步骤1建立的惯性坐标架OXYZ中，微元刃I_j,z的运动轨迹用矢量表示为r_j,z(t)＝p_j,z(t)+q_j,z(φ)；

其中：p_j,z(t)为微元刃I_j,z所对应刀具中心点O'_z在惯性坐标架OXYZ中运动轨迹p_j,z(t)＝{x(t),y(t),z}；

q_j,z(φ)为O'_z在步骤1建立的移动坐标架O'X'Y'Z'中运动轨迹q_j,z(φ)＝{Rcosφ,Rsinφ,z}；φ为刀具自转角度，R为刀具半径；

步骤3、由曲线微分几何，将步骤2中p_j,z(t)的自然参数表示式为p_s,z(s)＝{x(t(s)),y(t(s)),z}；

其中：自然参数微商自然参数s为正则曲线弧长，将其表示为其中f_z为每齿进给量，z_n为刀具齿数；

步骤4、将步骤2得到的微元刃I_j,z的矢量运动轨迹表示成以φ为参数的矢量运动轨迹，即r_j,z(φ)＝p_j,z(φ)+q_j,z(φ)；

步骤5、根据步骤2可得知在微元刃I_j,z处，基面的法向矢量表示为n_r＝q'_j,z(φ)，其中q'_j,z(φ)为q_j,z(φ)的微商；根据步骤4可得知工作基面的法向矢量表示为n_re＝r'_j,z(φ)，其中r'_j,z(φ)为r_j,z(φ)的微商；从而可确定微元刃I_j,z处的工作基面，其相对于基面的角度变化为