[发明专利]一种考虑倒棱几何的难加工材料高速车削切削力预测方法

权利要求书

1.一种考虑倒棱几何的难加工材料高速车削时切削力预测方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、获取并以车削加工参数和材料本构参数作为输入量：

车削加工参数包括刀具半径R、切削深度a_p、切削速度V和每齿进给量f；材料本构参数包括屈服强度A、强度系数B、应变率敏感系数C、热软化系数m和应变硬化指数n；

S2、建立正交坐标系：

定义刀具轴向为正交坐标系的Z轴，切削进给方向为正交坐标系的X轴，与X轴、Z轴垂直的方向为Y轴，倒棱圆形刀具包括前刀面、倒棱面和后刀面，以前刀面的圆心为正交坐标系的空间原点，在XY平面内将倒棱圆形刀具切削刃离散成一系列切削微元，获取每个参与切削加工的微元；

S3、计算切削微元对应的未变形切屑厚度：

根据浸入角，将前刀面上参与切削加工区域划分为两个部分，分别给定区域内每个微元对应未变形切屑厚度的计算表达式，具体如下：

其中

上述表达中，为前刀面上第j个微元对应的未变形切屑厚度，φ_s为第j个微元对应的浸入角，f_c为每齿进给量在前刀面的投影，φ_st是切削域起始点的浸入角，φ_mid是切削域分区点的浸入角，φ_ex是切削域终止点的浸入角；

S4、利用S3得到的切削微元的瞬时切屑厚度计算切削微元的切削力：

每个切削微元对应的切削速度方向、切向和径向的切削力F_t^j、和分别为：

其中

上述表述中，K_tc、K_fc和K_rc分别表示切削微元在切削速度方向、切向和径向的剪切力系数，K_te、K_fe和K_re分别表示切削微元在这三个方向上的刃口力系数，d^j表示微元的宽度，dφ_s为切削刃离散化时的角度微元，表示微元的刃倾角，R表示刀具圆角半径，表示微元的法前角，h^j表示参考面的未变形切屑厚度；

S5、将切削微元的切削力，通过空间坐标系矩阵变换转换到所述的正交坐标系中，相加后沿着切削刃积分，得到整体的切削力：

和分别表示切削微元在正交坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向的切削力，F_x、F_y和F_z分别表示X轴、Y轴和Z轴方向的整体切削力，为主偏角在参考面上的投影角。

2.根据权利要求1所述的考虑倒棱几何的难加工材料高速车削时切削力预测方法，其特征在于：所述的K_tc、K_fc和K_rc通过如下方法计算获得：

其中，是微元上的流动剪切应力，和η^j_c分别是微元的法向前角、摩擦角、剪切角、刃倾角和切屑流角。

3.根据权利要求1所述的考虑倒棱几何的难加工材料高速车削时切削力预测方法，其特征在于：所述的K_te、K_fe和K_re通过如下方法计算获得：

设刃口力系数与剪切应力、倒棱长度以及倒棱角的正弦成线性关系：

θ是倒棱角，l是倒棱长度，是微元上的流动剪切应力，dφ_s为切削刃离散化时的角度微元，p_t、p_f、p_r分别是切削速度方向、径向、切向的刃口力系数中的线性常数项，是第j个切削刃微元的主偏角，C₁至C₆为中间参量。

4.根据权利要求1所述的考虑倒棱几何的难加工材料高速车削时切削力预测方法，其特征在于：所述的倒棱圆形刀具为陶瓷刀具。