[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

本發明提供一種考慮刃口效應的倒棱圓形車刀切削力精確預測方法，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；計算每個切削刃微元的剪切力系數；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；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。本發明通過將圓形車刀離散為多個微元，分析每個微元的局部參數，考慮倒棱刃口的刃口力，預測每個切削刃微元的切削力并沿著切削刃積分得到整體的切削力，從而為圓形倒棱車刀的高效高精加工過程控制提供指導。

技術領域

本發明屬于金屬高效高精切削加工技術領域，具體涉及一種考慮刃口效應的倒棱圓形車刀切削力精確預測方法。

背景技術

對于金屬切削加工而言，切削力是后續研究切削熱、刀具磨損以及表面完整性的基礎，在切削加工中處于至關重要的地位。目前，在車削領域中，對于常規的菱形車刀和三角形車刀的研究以及圓形刀具刃口的研究已經比較成熟，但是圓形車刀由于其復雜的切削域形狀，研究還不多，尤其是對于倒棱刃口的刀具而言。

圓形陶瓷車刀在高速切削工況下的應用越來越普遍，它具有高抗磨損的特性。倒棱刃口的刀具由于其強度在高速切削硬化材料的情況下也是普遍應用的。不只在車削中，在銑削的過程中，圓形倒棱刀的應用也很普遍。具體而言，圓形倒棱車刀由于其抗磨損、強度高的特點，在切削加工中應用廣泛，但是又由于形狀的復雜性，對于其切削力的預測還需要加強，以便于更好地服務于加工過程預測。

目前，有學者已經提出了一些切削力預測的相關研究方法，例如李炳林(“Analytical prediction of cutting forces in orthogonal cutting using unequaldivision shear-zone model”，2011，54(5-8):431-443)在研究中提出了通過不等分剪切模型預測剪切區的應變、應力和溫度的分布，進而計算出主剪切面的剪切應力。Abdelmoneim M E(“Tool edge roundness and stable build-up formation in finishmachining”，1974，6(4):1258-1267.)提出了關于圓形刃口的刃口力系數分析模型，但是這并不適用于倒棱刃口，尤其是對于幾何關系較為復雜的圓形車刀，因而如今對于圓形車刀的切削力預測不夠全面，這直接降低了對圓形車刀車削過程的檢測，降低了對零件質量的可預測性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種考慮刃口效應的倒棱圓形車刀切削力精確預測方法。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：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。