[發(fā)明專利]一種五軸加工中心銑削力計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410636591.1
• 申請(qǐng)日: 2014-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN104462775B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何改云;馬文魁;丁伯慧;郭龍真;郎愛蕾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 溫國(guó)林

本發(fā)明公開了一種五軸加工中心銑削力計(jì)算方法，所述方法包括以下步驟：計(jì)算未變形切削厚度；通過未變形切削厚度建立銑削力模型，通過銑削力模型計(jì)算五軸加工中心銑削力。本發(fā)明基于刀具切削刃微分化的思想，揭示了五軸加工中心刀具真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡，以及微元瞬時(shí)未變形切削厚度，考慮到耕犁力對(duì)銑削力的影響，從而提高了計(jì)算五軸加工瞬時(shí)切削力的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種五軸加工中心銑削力計(jì)算方法。

背景技術(shù)

在航空航天、汽車、船舶和各種高技術(shù)裝備中，具有復(fù)雜空間型面幾何特征的零件應(yīng)用日益廣泛，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)力學(xué)性能、光學(xué)性能、流體性能等物理性能要求方面扮演重要角色。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)在復(fù)雜型面的加工中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即可以通過調(diào)整刀具的位姿使刀具保持最優(yōu)的切削狀態(tài)并避免刀具干涉，從而提高了零件的加工制造精度。銑削力為加工過程中的參數(shù)優(yōu)化，加工精度的提升提供了重要的理論依據(jù)，因此針對(duì)復(fù)雜型面零件的銑削加工進(jìn)行銑削力的精確計(jì)算具有十分重要的意義。

(1)曹清園對(duì)復(fù)雜型面加工中的銑削力和加工誤差補(bǔ)償進(jìn)行了研究。建立了五軸機(jī)床球頭銑刀曲面加工中的銑削力模型，基于此模型又提出了加工誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?參見基于銑削力建模的復(fù)雜曲面加工誤差補(bǔ)償研究[D].山東大學(xué)，2011)。

(2)Huang T,Zhang X和Ding H對(duì)銑削厚度進(jìn)行解耦分析，建立了五軸加工中心銑削力模型(參見Huang T,Zhang X,Ding H(2013)Decoupled chip thickness calculationmodel for cutting force prediction in five-axis ball-end milling.TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology 69(5-8):1203-1217)。

(3)Azeem A和Feng H-Y通過對(duì)刀具真實(shí)切削軌跡的分析，建立了銑削力的預(yù)測(cè)模型，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性(參見Azeem A,Feng H-Y(2013)Cutting forceprediction for ball-end mills with non-horizontal and rotational cuttingmotions.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 67(5-8):1833-1845)。

文獻(xiàn)(1)(2)中所建立的銑削力模型，其中瞬時(shí)未變形切削厚度是以圓弧近似計(jì)算獲得，然而此方法僅適用于刀具每齒進(jìn)給量與刀具直徑的比值極小時(shí)，對(duì)于實(shí)際的加工而言，所建立的力學(xué)模型并不精確。

文獻(xiàn)(3)中提出了刀具類擺線運(yùn)動(dòng)的銑削力預(yù)測(cè)模型，分析了刀具的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡，但此模型僅適用于三軸機(jī)床。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在通過對(duì)五軸加工中心刀具真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡的分析，考慮到耕犁力對(duì)銑削力的影響，提出一種能夠快速準(zhǔn)確計(jì)算五軸銑削力的計(jì)算方法，為高精密加工復(fù)雜曲面零件提供理論依據(jù)，詳見下文描述：

一種五軸加工中心銑削力計(jì)算方法，所述方法包括以下步驟：

計(jì)算未變形切削厚度；

通過未變形切削厚度建立銑削力模型，通過銑削力模型計(jì)算五軸加工中心銑削力；

其中，所述未變形切削厚度為：

式中，和分別表示M，N點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；M,N分別為第一、二條刀刃上某一微元點(diǎn)。

所述計(jì)算未變形切削厚度的步驟為：

建立刀具切削刃線的參數(shù)模型；根據(jù)五軸機(jī)床類型，建立刀具在切削工件時(shí)的軌跡方程；