[發明專利]一種平底螺旋立銑刀銑削工件端的三維溫度場建模方法無效

申請號：	201310201218.9	申請日：	2013-05-27
公開（公告）號：	CN103324781A	公開（公告）日：	2013-09-25
發明（設計）人：	彭芳瑜;閆蓉;林森;劉宜志;文杰;李斌	申請（專利權）人：	華中科技大學
主分類號：	G06F17/50	分類號：	G06F17/50
代理公司：	華中科技大學專利中心 42201	代理人：	朱仁玲
地址：	430074 湖北***	國省代碼：	湖北;42
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種平底螺旋銑刀銑削工件三維溫度場建模方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及金屬切削加工領域，具體為一種銑削工件端的三維溫度場建模方法，適用于平底螺旋立銑刀銑削加工。

背景技術

金屬銑削加工過程中，機床做功轉換為等量的切削熱，這些切削熱除少量逸散到周圍介質中以外，其余均傳入刀具、切屑和工件中，導致機床工藝系統溫度升高，加速刀具磨損，引起工件熱變形，嚴重時甚至引起機床熱變形。

切削熱研究最初在磨削及車削等連續切削中展開，連續切削過程中切削熱持續產生而且散熱困難，導致熱量大量積累傳入工藝系統引起加工質量下降。銑削加工過程為斷續切削，刀齒切出工件時得到冷卻而且斷裂的切屑帶走大量熱量，因此切削熱對工件加工質量負面影響比連續切削小。隨著科學技術發展和工程師們對高效銑削的追求，高速銑削機床及適用于高速銑削切削性能更好的刀具出現，高速銑削技術得到廣泛應用。由于高速銑削相對普通銑削的諸多優點，被廣泛應用于對難加工材料的銑削加工。高速銑削難加工材料時切削速度、進給速度等切削用量很大，由此產生的切削熱現象更嚴重，嚴重影響工件表面加工質量。銑削工件端的三維溫度場能夠直觀反映切削過程熱量分布，是銑削加工工藝技術人員采用恰當的工藝參數的重要參考，是實現基于溫度銑削參數優化的重要技術手段。

目前切削溫度場的研究有理論研究和試驗研究兩個方面。金屬切削溫度場試驗研究主要是使用熱電偶法、光輻射法、熱輻射法、金相結構法等測量方法，在切削試驗時測定切削區域的平均溫度，也可測量出切屑、刀具和工件中的溫度分布。實驗方法無法獲得工件端內部任意點的溫度變化而且由于實驗條件有限無法直接測量工件塑性變形區溫度變化，因此對于獲得工件端三維溫度場有很大的局限性。理論解析法是建立切削過程熱量傳遞模型，直接計算工件端任意點任意時刻的溫升變化，可以表示溫度分布的函數關系科學分析影響因素。金屬切削溫度預測理論模型目前主要是基于磨削加工和直角車削加工，主要方法為移動熱源法。應用于銑削過程的溫度場建模方法主要是預測銑刀、切屑及刀屑接觸區溫度分布，由于建模過程中采用平均熱源強度，預測結果與實際溫度場分布相差較遠。而且銑削加工中復雜的銑刀幾何形狀及非直角不連續切削，適用于磨削及車削過程的溫度場建模方法不能直接應用于銑削過程工件端溫升分布計算。

發明內容

本發明的目的在于提供一種平底螺旋立銑刀銑削工件端的三維溫度場建模方法，其通過銑削過程中工件材料剪切變形、刀屑摩擦、熱量產生傳導的分析，能夠準確的獲得穩態銑削時工件表面切削溫度的分布，從而以在立銑刀銑削加工中優化加工參數，提高加工效率同時避免表面燒傷。

實現本發明目的所采用的具體技術方案如下：

一種平底螺旋立銑刀銑削工件端的三維溫度場建模方法，具體包括如下步驟：

S1：將螺旋立銑刀軸向離散成數層，并確定每個離散層中的各刀齒微元的切削區域中影響工件端溫升的熱源區域；

S2：計算所述熱源區域的熱源密度；

S3：確定所述熱源區域的熱分配比例；

S4：確定所述熱源區域的瞬時有限大面熱源傳遞函數；

S5：根據所述熱分配比例和瞬時有限大面熱源傳遞函數確定工件端上任意點的溫升；

S6：根據獲得的工件端上任意點的溫升得到該任意點在任意時刻的溫升值，其與環境溫度相加即可得到該任意時刻工件端的溫度場。

作為本發明的進一步優選，所述的熱源區域包括剪切滑移區和后刀面摩擦區。

作為本發明的進一步優選，所述剪切滑移區的熱源密度根據剪切力和剪切速度確定，其中，所述刀齒微元剪切力由刀齒微元切削力反算得到，該刀齒微元切削力由機械力模型計算得到。所述剪切力由所述刀齒微元剪切力積分得到。