[发明专利]一种特种传动曲面五轴铣削力建模方法

说明书

本发明一种特种传动曲面五轴铣削力建模方法属于特种传动曲面零件精密高效加工领域，特别涉及一种基于瞬时切削扫略面积及主轴转速的五轴加工铣削力建模方法。该方法首先基于刀具切削刃曲线及加工过程中瞬时未变形切削厚度模型，提出加工过程瞬时切削扫略面积计算方法；以此为基础，建立特种传动曲面五轴铣削加工过程瞬时切削扫略面积计算模型；最后基于瞬时切削扫略面积及主轴转速建立特种传动曲面五轴铣削力模型。本发明基于瞬时切削扫略面积及主轴转速，实现了不同主轴转速下特种传动曲面五轴铣削力预测，对主轴转速优选，应用范围广，提高特种传动曲面加工精度及效率。

技术领域

本发明属于特种传动曲面零件精密高效加工领域，涉及一种基于瞬时切削扫略面积及主轴转速的五轴加工铣削力建模方法。

背景技术

研究特种传动曲面的通用五轴铣削加工技术，提高加工精度，对提高传动精度、进而提升高端装备性能具有重要意义。特种传动曲面五轴铣削过程中，铣削力作为铣削过程中的一个重要物理参数，研究铣削力建模方法对优化特种传动曲面五轴铣削加工工艺具有重要指导作用。

以弧齿锥齿轮球面渐开线齿形为例的特种传动曲面，鉴于曲面各点几何特征，如曲率、斜率、主法线等，往往具有非一致性。数控加工过程中曲面各点切削瞬时扫略面积具有时变性，导致铣削力剧烈波动，从而影响特种传动曲面加工质量及刀具寿命，甚至引起机床振动。另一方面，特种传动曲面五轴铣削过程中，主轴转速变化亦引起铣削力变化，主轴转速优选困难。目前，缺乏特种传动曲面五轴铣削力建模方法研究，难以对加工过程进行有效控制及采用最优主轴转速。因此，针对特种传动曲面五轴铣削，研究基于瞬时切削扫略面积及主轴转速的五轴加工铣削力建模方法，对实现特种传动曲面的精密高效加工具有重要意义。

刘长青等人专利公告号为CN103439917A的“基于特征的切削力预测方法”，基于CAD三维模型进行零件特征识别，根据特征识别结果得到加工区域，提取用来生成刀轨的驱动几何信息，并离散成一些点，通过实验测得剪切力作用系数以及刃口力系数，结合切削参数逐点计算出切削力。该方法为针对飞机结构件局部特征建立的切削力预测方法，难以实现曲面铣削力的预测。文献“Modeling and experimental validation of cuttingforces in five-axis ball-end milling based on true tooth trajectory”，He等，International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2015，78(1-4)，189-197，提出了一种基于刀齿实际运动轨迹的球头铣刀五轴铣削力预测模型，将预测得到的铣削力与实验所测铣削力对比，结果表明预测结果与实验结果吻合度较高。然而，该方法涉及的铣削力建模过程未涉及瞬时切削扫略面积和主轴转速对铣削力带来的影响，因而对特种传动曲面五轴加工过程有效控制及主轴转速优选仍存在较大限制。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，考虑瞬时切削扫略面积和主轴转速对铣削力带来的影响，发明一种特种传动曲面五轴铣削力建模方法。该方法是一种基于瞬时切削扫略面积及主轴转速的特种传动曲面五轴铣削力建模方法，实现了特种传动曲面五轴铣削力精确预测，为面向几何特征的特种传动曲面五轴铣削主轴转速优选及加工过程控制提供理论与技术支撑，提高特种传动曲面加工质量及效率。

本发明所采用的技术方案一种特种传动曲面五轴铣削力建模方法，其特征在于，首先基于刀具切削刃曲线及加工过程中瞬时未变形切削厚度模型，建立加工过程瞬时切削扫略面积计算方法；建立特种传动曲面五轴铣削加工过程瞬时切削扫略面积计算模型；最后，基于瞬时切削扫略面积及主轴转速建立特种传动曲面五轴铣削力模型。建模方法的具体步骤如下：

1)加工过程瞬时切削扫略面积计算