[發明專利]一種面向旋風包絡銑削工藝的切削力預測方法及系統

有效

• 申請號: 201710703428.6
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN109396955B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 劉日良;韓陸依
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

1.一種面向旋風包絡銑削工藝的切削力預測方法，其特征在于，該方法包括：

獲取工件參數、刀具參數和刀盤參數，確定刀盤與工件相對幾何位置，建立刀具切削狀態下刀盤坐標系；

進一步的，所述工件參數包括：零件尺寸、毛坯尺寸和工件轉速；

所述刀具參數包括：刀具數量和刀具幾何參數；所述刀具幾何參數包括刀尖圓弧半徑和余偏角；

所述刀盤參數包括：刀盤半徑、刀盤轉速和設定的軸向切削厚度；

在確定刀盤與工件相對幾何位置之前，根據毛坯尺寸、零件尺寸和刀盤半徑確定工件與刀盤之間的安裝偏心距e和安裝角δ；

在建立的刀具切削狀態下刀盤坐標系中，毛坯在刀具平面為一短軸軸長為r，r為待加工毛坯工件半徑，長軸長度為r/cosδ的橢圓，即：

x²cos²δ+(y-e)²＝r² (1)

在刀盤坐標系下，根據工件參數和旋風銑刀參數，計算刀具的切入角度、切出角度和最大切削深度點角度；

所述計算刀具的切入角度的具體步驟為:

計算刀具進入切削狀態的切入點坐標(x₁，y₁):

根據切入點的坐標(x₁，y₁)計算刀具的切入角度：

其中，x₁為切入點橫坐標值，y₁為切入點縱坐標值，R為刀盤半徑，θ₁為切入角；

所述計算刀具的最大切削深度點角度的具體步驟為:

計算刀具到達切削深度最大點的坐標(x₂，y₂):

根據切削深度最大點的坐標(x₂，y₂)計算刀具的最大切削深度點角度：

其中，x₂為最大切削深度點橫坐標值，y₂為最大切削深度點縱坐標值，n₁為工件轉速，n₂為刀盤轉速，θ₂為最大切削深度點角，Z為刀具數量；

所述計算刀具的切出角度的具體步驟為:

計算刀具離開切削狀態的切出點坐標(x₃，y₃):

其中，(x_A，y_A)為切入點的y軸對稱點，滿足：

根據切出點坐標(x₃，y₃)計算刀具的切出角度：

其中，x₃為切出點橫坐標值，y₃為切出點縱坐標值，x_A為切入點的y軸對稱點橫坐標值，y_A切入點的y軸對稱點縱坐標值，θ₃為切出角；

計算刀具切觸點相對當前切削刀具的刀盤坐標系的坐標，計算切削深度；

所述切削深度計算步驟包括：

判斷切削角θ與切入角θ₁、切出角θ₃和最大切削深度點角θ₂的大小關系或判斷刀具切觸點與工件待加工表面邊界的位置關系；

若θ₁≤θ≤θ₂或刀具切觸點位于工件待加工表面邊界切入點至最大切削深度點段，該段任意刀具切觸點坐標(x_a，y_a)為：

其中，x_a為當前切削刀具的刀盤坐標系中任意刀具切觸點橫坐標值，y_a為當前切削刀具的刀盤坐標系中任意刀具切觸點縱坐標值，

該段的切削深度h₁(θ)為：

若θ₂θ≤θ₃或工件待加工表面邊界為上一刀具殘留軌跡，即上一刀具切削工件橢圓邊界最大切削深度點至切入點段的殘留軌跡，

在上一刀具切削工件時的相對刀盤坐標系中，計算任意刀具切觸點坐標(x_b-1，y_b-1)：

將任意刀具切觸點坐標由上一刀具切削工件時的相對刀盤坐標系轉換為當前切削刀具的刀盤坐標系，在當前切削刀具的刀盤坐標系中，計算任意刀具切觸點坐標(x_b，y_b)：

其中，x_b-1為上一刀具切削工件時的相對刀盤坐標系中任意刀具切觸點橫坐標值，y_b-1為上一刀具切削工件時的相對刀盤坐標系中任意刀具切觸點縱坐標值，κ為∠O₁O_wO，O₁為上一刀具切削工件時的相對刀盤坐標系的原點，O為當前切削刀具的刀盤坐標系的原點，O_w為工件圓心，n₁為工件轉速，n₂為刀盤轉速，z為刀具數量；

計算刀具切觸點角度，即切削角θ，和該段的切削深度h₂(θ)：

根據刀具形狀和上述計算得到的切削深度，計算刀具加工時未變形切削面積A₀：

其中，r_t為刀具圓弧半徑，h為上一步計算的切削深度，b為軸向切削厚度，ψ₁為余偏角，ψ_C為余偏角的上限值；

根據刀具參數，修正刀具余偏角，計算刀具圓弧刃區的等效余偏角；

通過將刀具圓弧刃區微分的微元da進行加權平均，計算得到圓弧刀刃區的等效余偏角ψ₂：

其中，ΔA為參與切削的圓弧刃區微元面積，ψ為微元的余偏角，A₂為參與切削的圓弧刃區面積，r_t為刀具圓弧半徑，b為軸向切削厚度，ψ₁為余偏角，ψ_C為余偏角的上限值；

進一步計算整個刀具切削加工區域的等效余偏角ψ_S：

其中，A₀為刀具參與切削加工的總面積即加工時未變形切削面積，A₁為參與切削的直線切削刃區面積，A₂為參與切削的圓弧刃區面積；

計算切削力，切削力的分力為斜角切削的走刀抗力和吃刀抗力以及切削主切削力；

根據刀具加工時未變形切削面積A₀和整個刀具切削加工區域的等效余偏角ψ_S，計算切削力分力：

其中，F_v為切削主切削力，F_f為斜角切削的走刀抗力，F_p為斜角切削的吃刀抗力，τ_s為剪切屈服強度，ω為銑削合力F與剪切面的夾角，為剪切角。