[發明專利]一種考慮刃口效應的倒棱圓形車刀切削力精確預測方法

有效

• 申請號: 201710307797.3
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107168245B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 莊可佳;翁劍;李益兵;朱大虎;閆飛;杜百崗
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G05B19/409
• 分類號: G05B19/409
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

1.一種考慮刃口效應的倒棱圓形車刀切削力精確預測方法，其特征在于：它包括以下步驟：

S1、參數輸入：

輸入車削加工切削參數、圓形車刀幾何參數和性能參數，包括刀具半徑r、前角α_n、切削深度d、切削速度V、每齒進給f；

S2、將切削刃離散化處理，把未變形切削區域劃分為兩個部分，分別計算每個切削區域中每個切削刃微元的未變形切屑厚度；

S3、通過已有公式和文獻參數與圓形車刀的幾何形狀相結合，計算每個切削刃微元的剪切力系數；

S4、設刃口力系數與剪切應力和倒棱長度成線性關系，利用試驗數據，推導針對圓形車刀的刃口力系數線性常數項的標定方程，計算刃口力系數；

S5、計算每個切屑刃微元的切削力，并沿著切屑刃積分，得到整體的切削力；

所述的S2中，通過切削域起始點的浸入角φ_st、切削域終止點的浸入角φ_ex和切削域分區點的浸入角φ_mid將未變形切削區域劃分為兩個部分，得到第j個微元對應的未變形切屑厚度h^j為：

其中f_c＝f cos(α_n)，

式中，為第j個微元對應的浸入角；l_a為沿著進給方向，切入點到刀具中心的距離；f_c為每齒進給量在前刀面的投影；為切削刃微元與相鄰刀具中心位置的夾角；a_p為切削深度；為法向前角，通過坐標變換計算得到；

所述的S3剪切力系數由以下公式計算得到：

式中，K_tc、K_fc、K_rc分別是切削速度方向、徑向、切向的切削力系數；為剪切應力，利用不等分剪切模型求得；為法向剪切角，為法向摩擦角，通過最小能量法則的方程迭代求得；全局切屑流方向通過假設微元之間的相互作用力之和為0求得；為每個切削刃微元對應的刃傾角，為法向前角，通過坐標變換計算得到；為第j個微元的切屑流角；

所述的S4針對圓形車刀的刃口力系數線性常數項的標定方程如下：

其中

d^j是切削刃微元的切削寬度；dφ_s為切削刃離散化時的角度微元；x_t、x_f、x_r分別是切削速度方向、徑向、切向的刃口力系數中的線性常數項；是第j個切削刃微元的主偏角；C₁-C₆為中間參數；F_x已知、F_y已知、F_z已知為試驗數據中已知的正交坐標系中x、y、z方向的整體切削力；

得到刃口力系數為：

式中，K_te、K_fe、K_re分別為切削速度方向、徑向、切向的刃口力系數，l為倒棱刃口的長度。

2.根據權利要求1所述的一種考慮刃口效應的倒棱圓形車刀切削力精確預測方法，其特征在于：所述的S5先計算每個切屑刃微元受到的切削力：

將力分量轉換到正交坐標系中：

最后沿著切削刃積分，求得整體的切削力：

式中，F_t^j、分別為作用在微元j上的切削速度方向、徑向、切向的切削力分量；為作用在微元j上的切削力在正交坐標系中的力分量；F_q為作用于整個車刀上的切削力在正交坐標系中的力分量。

3.根據權利要求1或2所述的一種考慮刃口效應的倒棱圓形車刀切削力精確預測方法，其特征在于：所述的圓形車刀為陶瓷刀具。