[发明专利]一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法及系统

说明书

本发明涉及一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法及系统，该方法包括：获取工件参数、刀具参数和刀盘参数，确定刀盘与工件相对几何位置，建立刀具切削状态下刀盘坐标系；在刀盘坐标系下，根据工件参数和旋风铣刀参数，计算刀具的切入角度、切出角度和最大切削深度点角度；计算刀具切触点相对当前切削刀具的刀盘坐标系的坐标，计算切削深度；根据刀具形状和上述计算得到的切削深度，计算刀具加工时未变形切削面积；根据刀具参数，修正刀具余偏角，计算刀具圆弧刃区的等效余偏角，进一步计算整个刀具切削加工区域的等效余偏角；计算切削力，切削力的分力为斜角切削的走刀抗力和吃刀抗力以及切削主切削力。

技术领域

本发明属于旋风包络铣削的技术领域，尤其是涉及一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法及系统。

背景技术

旋风铣削是一种利用装在高速旋转刀盘上的多把刀具从工件毛坯上铣削出螺纹的高效加工技术，广泛应用于异型螺杆类零件加工。传统的旋风铣削主要采用成型刀具。为了降低刀具成本并提高数控旋风铣床的柔性，人们采用具有一定刀尖半径的普通刀具代替成型刀具，利用数控技术包络加工出螺旋面，该方法称为旋风包络铣削。近些年来，螺杆的旋风包络铣削技术得到了长足的发展，能够实现在普通三轴机床上高效高精度地进行复杂螺杆类零件的加工，极大地降低了螺杆的生产加工成本。

铣削力(切削力)是铣削过程中的重要物理参数，它直接影响铣削过程中工件的成型精度、表面质量、刀具寿命和机床系统的稳定性等，关系到产品的质量和成本。由于旋风铣削装置的安装特殊性和旋风铣削机夹刀具不断交替铣削的特性，在旋风铣削加工中很难实现切削力的在线测量，无法为螺杆旋风加工工艺参数设定做出指导。

综上所述，针对现有技术的旋风包络铣削中无法进行切削力的在线测量得到切削力的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法及系统，根据工件和旋风铣刀参数，以及旋风包络铣削时刀具与工件的位置关系，计算出每把铣刀切削过程中切削深度和相应的切削面积，估算切削力，为螺杆旋风加工工艺参数设定做出指导。

本发明的第一目的是提供一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：

一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法，该方法包括：

获取工件参数、刀具参数和刀盘参数，确定刀盘与工件相对几何位置，建立刀具切削状态下刀盘坐标系；

在刀盘坐标系下，根据工件参数和旋风铣刀参数，计算刀具的切入角度、切出角度和最大切削深度点角度；

计算刀具切触点相对当前切削刀具的刀盘坐标系的坐标，计算切削深度；

根据刀具形状和上述计算得到的切削深度，计算刀具加工时未变形切削面积；

根据刀具参数，修正刀具余偏角，计算刀具圆弧刃区的等效余偏角，进一步计算整个刀具切削加工区域的等效余偏角；

计算切削力，切削力的分力为斜角切削的走刀抗力和吃刀抗力以及切削主切削力。

在本发明中，考虑到刀具圆弧刃的存在，考虑到对余偏角进行修正。

作为进一步的优选方案，

所述工件参数包括：零件尺寸、毛坯尺寸和工件转速；

所述刀具参数包括：刀具数量和刀具几何参数；所述刀具几何参数包括刀尖圆弧半径和余偏角；

所述刀盘参数包括：刀盘半径、刀盘转速和设定的轴向切削厚度；

在确定刀盘与工件相对几何位置之前，根据毛坯尺寸、零件尺寸和刀盘半径确定工件与刀盘之间的安装偏心距e和安装角δ。