[发明专利]一种圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法

权利要求书

1.一种圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法，其特征在于，所述圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法包括：

确定圆刀片式环形刀的五轴铣削工艺参数与进给矢量；

建立圆刀片式环形刀的几何模型；

根据所述圆刀片式环形刀的进给矢量与所述圆刀片式环形刀的几何模型确定所述圆刀片式环形刀的切触区域的特征线；

根据所述圆刀片式环形刀的五轴铣削工艺参数与所述圆刀片式环形刀的几何模型确定所述圆刀片式环形刀的切触区域的交线和投影线；

根据所述圆刀片式环形刀的切触区域的特征线、交线和投影线，确定圆刀片式环形刀的五轴铣削的切触区域的范围；

将所述圆刀片式环形刀的五轴铣削的切触区域的边界向垂直于进给方向的面上进行投影，根据距离法得到圆刀片式环形刀的五轴铣削切触区域边界投影曲线的交点坐标；

将所述圆刀片式环形刀的五轴铣削的切触区域在垂直于进给方向的面上的投影沿y方向进行离散，通过插值与数值积分方法得到投影面积，根据所述投影面积进行计算得到圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率。

2.根据权利要求1所述的圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法，其特征在于，所述圆刀片式环形刀的五轴铣削工艺参数包括五轴铣削切深度、五轴铣削切宽度、主轴转速、前倾角和侧倾角。

3.根据权利要求2所述的圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法，其特征在于，所述建立圆刀片式环形刀的几何模型包括建立圆刀片式环形刀五轴加工过程中的坐标系，其中所述坐标系包括机床坐标系、工件坐标系、进给随动坐标系和刀具局部坐标系。

4.根据权利要求3所述的圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法，其特征在于，所述根据所述圆刀片式环形刀的进给矢量与所述圆刀片式环形刀的几何模型确定所述圆刀片式环形刀的切触区域的特征线包括根据圆刀片式环形刀进给方向与刀具包络面外法矢确定所述圆刀片式环形刀的切触区域的特征线。

5.根据权利要求3所述的圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法，其特征在于，所述根据所述圆刀片式环形刀的五轴铣削工艺参数与所述圆刀片式环形刀的几何模型确定所述圆刀片式环形刀的切触区域的交线和投影线包括：

在所述刀具局部坐标系中，根据所述五轴铣削切深度与所述圆刀片式环形刀的几何模型确定所述圆刀片式环形刀的切触区域的交线；

在所述进给随动坐标系中，根据所述五轴铣削切宽度与所述圆刀片式环形刀的几何模型确定所述圆刀片式环形刀的切触区域的投影线。

6.根据权利要求5所述的圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法，其特征在于，所述建立圆刀片式环形刀的几何模型包括：

建立进给随动坐标系，包括定义所述进给随动坐标系的x轴为沿刀具进给方向，所述进给随动坐标系的z轴为沿工件表面外法矢方向，所述进给随动坐标系的y轴由右手定则确定；

建立刀具局部坐标系，包括定义所述刀具局部坐标系的z轴为刀轴矢量方向，定义所述刀具局部坐标系的x和y轴为垂直的正交矢量；

将所述刀具坐标系下t时刻第j个刀刃上高度为z的刀刃微元的坐标通用公式表示为所述圆刀片式环形刀的几何模型，其中所述坐标通用公式为：

其中，R(z)表示刀刃微元径向距离，表示刀刃微元的径向位置角，R表示刀具半径，r表示圆刀片半径，表示t＝0时1号刀齿旋转角度，其中刀齿的序号是逆着刀具旋转速度依次排列，ω表示刀具旋转角速度，ψ表示刀具齿间角，当刀具齿间角为均匀齿间角时，ψ＝2π/N，N表示刀齿数，m表示刀刃倾斜因子，m＝-tanβ/(R-r)，β表示刀具螺旋角。

7.根据权利要求6所述的圆刀片式环形刀五轴加工的材料去除率计算方法，其特征在于，所述刀具局部坐标系与所述进给随动坐标系之间的变换关系为：

其中，R_TF表示刀具局部坐标系X、Y与Z轴在进给随动坐标系下的单位矢量，θ_L表示所刀具前倾角，θ_T表示刀具侧倾角。