[发明专利]考虑同步误差的攻丝力建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种攻丝力建模方法，特别涉及一种考虑同步误差的攻丝力建模方法。

背景技术

文献1“A.P.S.Dogra,S.G.Kapoor,R.E.DeVor,Analysis of feed errors in tapping by contact stress model,Transactions of the ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering 124(2002)248–257.”公开了一种适用于攻丝过程的轴向力建模方法，该方法假设刀具与工件接触应力呈二次函数分布，并基于接触力学建立了接触应力的积分计算方法，进而建立考虑同步误差引起刀具与工件材料相互挤压作用影响的轴向力模型。但这种方法，每次同步误差变化时，都需要重新确定接触应力系数，且该模型没有考虑同步误差对侧向力的影响。

以上文献的典型特点是：针对攻丝过程，建立的考虑同步误差影响模型中，在同步误差变化时需要重新确定接触应力系数，操作过程复杂。

发明内容

为了克服现有攻丝力建模方法复杂的不足，本发明提供一种考虑同步误差的攻丝力建模方法。该方法首先空切测定攻丝过程同步误差，然后进行一组攻丝实验并测量轴向力值；选取几个不同轴向位置，计算各位置处同步误差引起的刀具与工件材料挤压体积，计算攻丝过程材料去除引起的切削力值，并结合实验测定轴向力确定挤压力值，将挤压体积与挤压力线性回归，得到挤压力系数。获得挤压力系数后，对于任意攻丝过程，首先测定同步误差大小，计算切削力，并计算攻丝过程刀具与材料挤压体积，将挤压力系数与体积相乘得到挤压力，并将其投影到各个方向并与对应的切削力求和，即得到攻丝过程中各个方向总的攻丝力，方法简单易行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种考虑同步误差的攻丝力建模方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、测量丝锥几何参数，并设定攻丝转速，测定该攻丝转速下的同步误差值δ，δ为攻丝过程主轴每旋转一周进给量和螺距的差值，单位为毫米/转。

步骤二、以设定转速进行攻丝实验，并利用测力仪测量攻丝过程轴向力值。

步骤三、采用下式计算切削力系数：

式中，τ_s是剪切应力，φ_n是剪切角，β_n是法向摩擦角，α_n是法向前角，β是丝锥螺旋角，η是切屑流动角。K_T，K_R和K_A分别为切向、径向和轴向切削力系数，α_n、β为刀具参数。

步骤四、将丝锥沿轴向等分成长度为d_z的若干个微元，并通过下式计算各个单元切削时的切屑厚度：

h_ij(t)＝a_e,ij(t)cosκ_ij

其中，κ_ij为切削刃与刀具轴线的夹角，a_e,ij(t)代表t时刻，丝锥第i个刀齿第j个单元参与切削时的径向切削深度，由下式计算得到：

式中，r_ij(t)代表t时刻，第i个刀齿第j个切削单元距离丝锥轴线的距离，即切削半径，T代表丝锥旋转周期，N_t表示丝锥刀齿数，其中"int()"表示对运算结果取整。

步骤五、基于步骤三和步骤四的结果，通过下式计算局部坐标系下作用在第i个刀齿上第j个单元上的三向切削力：

式中，F_T,ij(t)、F_R,ij(t)、F_A,ij(t)分别表示作用在第i个刀齿上第j个单元上的切向、径向和轴向力，并通过下式，将三向切削力转化到机床坐标系XYZ。

其中，F_X1,ij、F_Y1,ij、F_Z1,ij为坐标变换时中间过渡坐标系下的切削力，式中，

其中，θ_ij(t)表示t时刻第i个刀齿第j个单元的旋转角度；表示丝锥螺旋升角，D_nom表示丝锥公称直径。

步骤六、对步骤五计算得到的每个单元的切削力进行求和，如下式，得到三个方向的总切削力：