[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

摘要

本发明提供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，首先获取并以车削加工参数和材料本构参数作为输入量，建立正交坐标系，计算切削微元对应的未变形切屑厚度，利用得到的切削微元的瞬时切削厚度计算切削微元的切削力，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，本发明考虑了倒棱刃口长度和倒棱角度对刃口力系数的影响，进一步完善了刃口力系数标定方程，从而能够高效、精确地预测倒棱圆形车刀车削加工时的切削力。

主权项

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ap、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。