[发明专利]螺旋铣孔过程中切削力预报和稳定性判别方法

权利要求书

1.一种螺旋铣孔过程中切削力预报和稳定性判定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据已知的待加工孔直径D_B、深度L_B、刀具直径D_t、刀齿数N、主轴转速n、切向每齿进给f_zt以及轴向螺距a_p生成螺旋铣加工刀路；

步骤2：基于刀齿轨迹圆弧假设，跟据相距一个每齿进给的两个刀位处的刀具几何位置关系，得到刀齿切入角、切出角及未变形切厚的解析计算表达式；

步骤3，采用三轴单齿铣削实验标定得到切向r、径向t及轴向a的侧刃铣削力系数，包括剪切力系数K_S,qc(q＝r,t,a)和犁切力系数K_S,qe(q＝r,t,a)；采用多次不同进给的三轴插铣实验，基于线性回归法拟合得到切向r、径向t及轴向a的底刃铣削力系数，包括剪切力系数K_B,qc(q＝r,t,a)和犁切力系数K_B,qe(q＝r,t,a)；

步骤4，将步骤2中得到的刀齿的切入角、切出角和未变形切厚的计算值、步骤3中标定的侧刃切削力系数和底刃铣削力系数，代入二元切削力模型计算得到侧刃的切向铣削力、径向铣削力、轴向铣削力和底刃的切向铣削力、径向铣削力、轴向铣削力；然后将侧刃的切向铣削力、径向铣削力、轴向铣削力和底刃的切向铣削力、径向铣削力、轴向铣削力的坐标变换到工件坐标系下的X、Y、Z轴方向，两者求和即得螺旋铣孔过程中瞬态切削力；

步骤5，建立螺旋铣孔过程的三自由度时滞动力学方程，并进行状态空间变换得到状态空间方程；

步骤6，根据第二类Volterra积分方程经典的数值积分算法，利用梯形公式，得到相应离散动态映射，进而构造了单个刀齿切削周期上的状态转移矩阵，根据Floquet理论判定该铣削系统的稳定性。

2.根据权利要求1所述的螺旋铣孔过程中切削力预报和稳定性判定方法，其特征在于，所述步骤2中的刀齿切入切出角及未变形切厚计算方法具体如下：

首先，根据步骤1确定螺旋刀路直径D_h和轴向每齿进给率f_za：

D_h＝D_B-D_t(1)

对于刀具侧刃，刀齿的切入角和切出角依据相邻两刀位刀具几何关系可确定如下：

其中：

依据刀齿轨迹圆弧近似假设，刀具侧刃的瞬时未变形切厚可确定如下：

其中，h_S,j(t)为第j个刀齿在t时刻的未变形切厚值，为第j个刀齿在t时刻的周向浸入角；

对于刀具底刃，其在螺旋铣孔过程中一直参与切削，则切宽即为刀具半径，其瞬时未变形切厚h_B即为轴向每齿进给量f_za：

h_B＝f_za(6)。