[發明專利]左、右切削刃的刀工界面切削行為差異性的計算與測試方法

有效

• 申請號: 201710266885.3
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107025359B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 姜彬;何田田;左林晗;趙嬌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 曹徐婷

1.左、右切削刃的刀工界面切削行為差異性的計算與測試方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步、確定車削大螺距螺紋刀工接觸關系層次結構及特征變量；

依據切削過程中的刀具切削運動及切削姿態，識別刀工界面接觸行為的特征參數及影響因素，分析出刀工接觸關系進行層次結構及特征變量；

第二步、左、右刃刀工接觸長度與刀工接觸寬度計算分析；

首先，根據刀具切削刃的初始狀態，以刀具刀尖為原點，遵循右手笛卡爾直角坐標系建立的由x、y、z軸組成的直角坐標系；

其次，通過Matlab曲線擬合可獲得刀具坐標系下刀具左、右刃的曲線方程F_l⁽⁰⁾(Z，X)和F_r⁽⁰⁾(Z，X)，應用坐標轉換，將刀具坐標系轉換為機床坐標系的方程，為f_l⁽⁰⁾(z，x)和f_r⁽⁰⁾(z，x)；設切削刃參與切削部分的起始點和終止點分別為E₁、F₁，在機床坐標系下的坐標值為：

式中，d₁為大螺距螺紋的小徑，d為大螺距螺紋的大徑，a_p為刀具理論切削深度，z_k為從進刀方向數第k個螺紋牙的中線與機床坐標系x軸的距離，ε_rl為刀具左刃刀尖角，B₀為螺紋牙高；

再次，已知初始切削刃方程f_l⁽⁰⁾(z，x)，則可知刀具左、右后刀面與已加工表面的初始接觸長度公式；

理論情況下，初始時刀具與工件的接觸關系應該為線接觸，即初始寬度和深度應均為0，后刀面與工件已加工表面間的夾角為在實際情況下，由于機床自身的精度誤差和刀具的安裝誤差，刀具后刀面與工件存在一定的接觸面積，設機床刀架的軸向回轉誤差為△z₁，刀具的安裝誤差為△x₂、△y₂、△z₂，則設此時刀具后刀面與工件已加工表面的接觸寬度如下所示：

Cw⁽⁰⁾＝Δz₁·tan(α-φ)

式中，α為刀具后角，φ為螺紋螺旋升角；

初始時，由于刀具左、右刃的刃弧半徑趨近于0，因此，刀具后刀面的接觸面積趨近于0，即刀具與工件的接觸類型為線接觸，由于在切削過程中，這種接觸關系類型難以維持，當切削進行一段時間后，刀具與工件的接觸關系將變成穩定的面接觸，并保持下去，此時的接觸關系作為刀工的初始接觸關系；

以刀具坐標系的原點為中心，沿b方向，將刀具坐標系O-XYZ繞X軸逆時針旋轉α₁度，將新得到的坐標系記為O₁-X₁Y₁Z₁；

在切削過程中，由于受機床和刀具振動、安裝誤差、位移和變形因素的影響，刀具與工件接觸關系的特征參數，是接觸寬度隨主運動速度v_c、進刀量f、機床刀架軸向回轉誤差、刀具安裝誤差及振動振幅因素的改變而改變；

設刀具理論切削深度為a_p，刀具瞬態切削深度為a_p(t)，每刀進給量為f_i，切削過程中刀具振動產生的振動位移分別為S_x(t)、S_y(t)、S_z(t)，機床刀架的軸向回轉誤差為△z₁，刀具的安裝誤差為△x₂、△y₂、△z₂，因此，刀具后刀面與工件已加工表面瞬態接觸長度和接觸寬度獲得表達；

第三步、建立左、右刃切削刀具受力模型；

第四步、采用刀具左、右切削刃的變形系數與相對滑移計算方法，揭示刀具左、右刃的切削變形差異性；

第五步、采用刀具左、右切削刃的剪切角與摩擦角計算方法，揭示刀具左、右刃摩擦過程中的差異性；

第六步、利用刀具左、右切削刃切削行為差異性實驗測試方法，揭示左、右刃切削時切屑形態、左、右刃磨損及左、右刃動態切削行為上的差異性；

為采用左、右刃對稱的成型式車刀，在相同的工藝參數下對螺紋試件左、右螺紋面進行等余量干式車削，通過實驗儀器為VHX-1000超景深顯微鏡測量指定區域內的切屑形態和通過DH5922瞬態信號測試分析系統測試出左、右刃車削大螺距螺紋最后一刀時的刀具時域及頻域振動信號，分析出刀具左、右刃切削行為差異性測試結果。