[发明专利]考虑刀具跳动影响的微细铣削加工切削力仿真预测方法

说明书

本发明公开一种考虑刀具跳动影响的微细铣削加工切削力仿真预测方法，针对微铣刀切削刃次摆线运动轨迹计算，在刀具坐标系和加工过程几何模型基础上，充分考虑刀具轴线径向偏移和刀具轴线倾斜，基于实际刀具次摆线运动轨迹对不同位置的切削刃建立理论瞬时未变形切屑厚度模型；基于微铣刀侧刃剪切效应、微铣刀侧刃耕犁效应和微铣刀底部切削效应分别在剪切效应主导切削区域和耕犁效应主导切削区域内建立切削力预测模型。充分考虑了刀具跳动、切削刃尺寸效应和底刃切削效应的影响，提高微细铣削加工过程切削力预测精度的同时为切削加工参数合理优化提供有力支撑。

技术领域

本发明属于微细切削加工制造仿真技术领域，尤其涉及一种考虑刀具跳动影响的微细铣削加工切削力仿真预测方法。

背景技术

随着我国航空航天、生物医疗、国防科技、新兴电子科技和能源环保等领域不断发展，对起主导作用的以结构复杂及尺度微小为特征的精密关键零件产品微细铣削加工的需求日益迫切。

微细铣削加工过程中的切削力仿真预测是工艺参数合理优化的前提和基础，对企业而言，借助微细铣削加工切削力仿真，可以降低试验成本，并缩短新产品的研发时间，因此微细铣削加工切削力的仿真预测研究一直受到学界和相关制造企业的关注。

目前，铣削加工中切削力建模一般分为两种基本铣削机制，第一种铣削机制基于切削力完全取决于铣削加工过程中剪切效应的假设，第二种铣削机制基于可将剪切和耕犁效应结合看作取决于切屑载荷的函数。相对于宏观铣削加工而言，微细铣削加工过程因切削刃尺寸效应和最小切屑厚度等特点具有其特殊性，基于切削刃尺寸效应，剪切区域和耕犁区域内的切削力理论模型被提出。切削刃运动轨迹对瞬时未变形切屑厚度的影响是建立切削力理论预测模型的关键问题；目前，与切屑厚度模型有关的研究内容主要集中于微铣刀轴向偏移跳动，忽略了刀具轴线倾斜跳动及其所引起的微铣刀切入角和切出角动态变化对切削刃次摆线运动轨迹的影响；并且，现有的研究仅限于立铣刀侧刃切削效应，忽略了底部切削刃效应对于切削力理论建模的影响，导致预测精度较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种考虑刀具跳动影响的微细铣削加工切削力仿真预测方法。充分考虑了刀具跳动、切削刃尺寸效应和底刃切削效应的影响，提高微细铣削加工过程切削力预测精度的同时为切削加工参数合理优化提供有力支撑。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种考虑刀具跳动影响的微细铣削加工切削力仿真预测方法，包括以下步骤：

步骤S1、识别预先设定的刀具跳动参数，并依据刀具跳动参数，确定微细铣削加工过程中切削刃次摆线运动轨迹偏移量；刀具跳动参数依据微细铣削加工过程中刀具径向跳动和刀具倾斜跳动的空间几何关系确定。

步骤S2、将切削刃运动轨迹偏移量输入理论瞬时未变形切屑厚度模型，输出微细铣削加工过程中理论瞬时未变形切屑厚度；然后依据理论瞬时未变形切屑厚度和最小切屑厚度，确定微细铣削加工的实际瞬时未变形切屑厚度；理论瞬时未变形切屑厚度模型是在刀具坐标系下基于考虑刀具跳动影响的次摆线运动轨迹构建的。

步骤S3、判断实际瞬时未变形切屑厚度是否大于最小切削厚度，若大于，将实际瞬时未变形切屑厚度输入第一切削力预测模型，输出微细铣削加工的切削力；若小于，将实际瞬时未变形切屑厚度输入第二切削力预测模型，输出微细铣削加工的切削力；第一切削力预测模型是基于刀具侧刃切削效应和刀具底刃切削效应构建的；第二切削力预测模型是基于刀具侧刃耕犁效应和刀具底刃切削效应构建的。