[发明专利]型腔螺旋铣削过程中切削力预报和稳定性判别方法及系统

权利要求书

1.一种型腔螺旋铣削过程中切削力预报和稳定性判别方法，其特征在于，包括：

刀路生成步骤：根据已知的待加工型腔形状尺寸和设定的最大跨度生成B样条曲线形式的光滑螺旋铣削加工刀路；

建模步骤：基于刀齿轨迹圆弧假设，对光滑螺旋铣削加工刀路各离散刀位点处的加工啮合区域进行几何建模；

切削力预报步骤：基于建模步骤的建模结果，建立型腔螺旋铣削切削力模型，实现型腔螺旋铣削过程中瞬态切削力的预报；

稳定性判断步骤：基于建模步骤的建模结果，考虑动态切厚再生效应，建立依赖于进给方向的螺旋铣削动力学方程，对沿螺旋刀具路径的代表性进给方向进行稳定性分析，从而判定型腔螺旋铣削过程的稳定性；

优化步骤：基于螺旋铣削动力学方程，采用基于间断伽辽金法的时域方法进行优化。

2.根据权利要求1所述的型腔螺旋铣削过程中切削力预报和稳定性判别方法，其特征在于，所述刀路生成步骤包括：

采用有限元法求解狄利克雷边界条件的椭圆形偏微分方程，根据设定的最大跨度生成等值闭合的场曲线，等分场曲线后生成过渡曲线，得到一组螺旋点列，利用B样条曲线拟合螺旋点列得到B样条曲线形式的光滑螺旋铣削加工刀路。

3.根据权利要求1所述的型腔螺旋铣削过程中切削力预报和稳定性判别方法，其特征在于，所述建模步骤包括：

通过求解刀具与工件表面的交点对加工啮合区域进行几何建模，根据以刀位点C(x_C,y_C)为圆心的刀具圆周与已加工表面的相交关系，将型腔螺旋铣削过程划分为两个子阶段：在切入阶段，刀具圆周与内部边界初始圆周表面相交；在稳态阶段，刀具圆周与螺旋刀具路径已形成的加工表面相交；

对于切入阶段，通过联立刀具圆周与初始圆周表面的方程组求解交点P₂(x₂,y₂)：

其中r是刀具半径，R_i是内边界半径；

对于稳态阶段，通过离散化曲线参数u，得到离散的刀位点C(x_C,y_C)和相应的进给方向角θ，然后计算出离散的已加工表面轮廓点P₁(x₁,y₁)：

对于给定刀位点C(u_i)，由式(2)计算离散已加工表面轮廓点，获得离散已加工表面轮廓点和与此刀位点之间的距离，以确定刀具圆周和离散已加工表面轮廓的交点，这些交点中对应曲线参数最大的点即为是交点P₂(x₂,y₂)；

几何建模确定交点P₂(x₂,y₂)后计算切入角φ_st和切出角φ_ex，对于顺铣加工，切出角固定为π，切入角由交点P₂(x₂,y₂)确定；