[发明专利]螺旋铣孔过程中切削力预报和稳定性判别方法

摘要

本发明提供了一种螺旋铣孔过程中切削力预报和稳定性判定方法，包括如下步骤：依据待加工孔尺寸，选定刀具及加工参数，生成螺旋铣加工刀路；基于刀齿轨迹圆弧假设，依据相邻刀位的刀具几何位置关系，得到刀齿切入切出角及未变形切厚的解析计算表达式；采用三轴单齿铣削实验标定和三轴插铣实验分别标定得到侧刃与底刃切削力系数；将以上所求参数代入二元切削力模型计算得到侧刃与底刃切削力，并将两者求和实现螺旋铣孔过程的瞬态切削力的精确预报；建立了综合考虑铣刀结构模态耦合效应和动态切厚再生效应的三自由度铣削动力学方程，并基于数值积分方法判定加工过程的稳定性。本发明提高了螺旋铣孔过程中切削力预报和稳定性判定的准确性。

主权项

一种螺旋铣孔过程中切削力预报和稳定性判定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据已知的待加工孔直径D_B、深度L_B、刀具直径D_t、刀齿数N、主轴转速n、切向每齿进给f_zt以及轴向螺距a_p生成螺旋铣加工刀路；步骤2：基于刀齿轨迹圆弧假设，跟据相距一个每齿进给的两个刀位处的刀具几何位置关系，得到刀齿切入角、切出角及未变形切厚的解析计算表达式；步骤3，采用三轴单齿铣削实验标定得到切向r、径向t及轴向a的侧刃铣削力系数，包括剪切力系数K_S,qc(q＝r,t,a)和犁切力系数K_S,qe(q＝r,t,a)；采用多次不同进给的三轴插铣实验，基于线性回归法拟合得到切向r、径向t及轴向a的底刃铣削力系数，包括剪切力系数K_B,qc(q＝r,t,a)和犁切力系数K_B,qe(q＝r,t,a)；步骤4，将步骤2中得到的刀齿的切入角、切出角和未变形切厚的计算值、步骤3中标定的侧刃切削力系数和底刃铣削力系数，代入二元切削力模型计算得到侧刃的切向铣削力、径向铣削力、轴向铣削力和底刃的切向铣削力、径向铣削力、轴向铣削力；然后将侧刃的切向铣削力、径向铣削力、轴向铣削力和底刃的切向铣削力、径向铣削力、轴向铣削力的坐标变换到工件坐标系下的X、Y、Z轴方向，两者求和即得螺旋铣孔过程中瞬态切削力；步骤5，建立螺旋铣孔过程的三自由度时滞动力学方程，并进行状态空间变换得到状态空间方程；步骤6，根据第二类Volterra积分方程经典的数值积分算法，利用梯形公式，得到相应离散动态映射，进而构造了单个刀齿切削周期上的状态转移矩阵，根据Floquet理论判定该铣削系统的稳定性。