[發(fā)明專利]高速切削加工工件表面形貌的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710851741.4
• 申請(qǐng)日: 2017-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN107451382B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉安民;陳雪林;戴歡;周唯;肖志信
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南工學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17
• 代理公司: 深圳市興科達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44260
• 代理人: 王翀;賈慶

1.一種高速切削加工工件表面形貌的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、確定刀具的幾何參數(shù)，所述幾何參數(shù)包括前角γ、后角，安裝的刃傾角和制作材料的參數(shù)，制作材料的參數(shù)包括硬度、密度；

步驟二、獲得1組或多組不同切削參數(shù)下切向、徑向、軸向切削力系數(shù)：K_tc，K_rc，K_ac，K_te，K_re，K_ae，其中，K_tc表示切向力系數(shù)；K_rc表示徑向力系數(shù)；K_ac表示軸向力系數(shù)；K_te表示切向刃口力系數(shù)，K_re表示徑向刃口力系數(shù)；K_ae表示軸向刃口力系數(shù)，t表示切向，r表示徑向，a表示軸向，c表示力系數(shù)，e表示刃口力系數(shù)，則有：

β＝arcsin(sinη·sini+cosη·cosi·cosα)

γ為刀具前角，η表示切屑流動(dòng)方向與刀具切削刃垂直方向的夾角，i表示切削刃與垂直工件運(yùn)動(dòng)方向的夾角，為刀具剪切面法向剪切角，θ為切削過程中刀具的位置角度，β為有效前角，α為刀具后角，h為切削厚度，d表示求微分；z表示工件坐標(biāo)系x-y-z的z方向，dz為軸向切深微元，d表示求微分，h表示切削厚度；Fx表示x方向切削力；Fy表示y向切削力，F(xiàn)z表示z向切削力；

步驟三、在設(shè)定的切削力系數(shù)下開展高速銑削試驗(yàn)，獲得加工后工件的表面輪廓，工件表面輪廓是由切削加工系統(tǒng)中刀具與工件相對(duì)位移形成的，即若沒有振動(dòng)，工件是理想的表面，則表面輪廓等同于刀具與工件的相對(duì)位移X₁(T)；

X，Y，Z表示工件坐標(biāo)系x-y-z下，刀具的刀尖與工件在x，y，z方向的相對(duì)位移。

步驟四、根據(jù)高速切削加工瞬時(shí)剛性力模型建立切削力模型：

F_t＝∫K_tc·h·dz+K_te·ds

F_r＝∫K_rc·h·dz+K_re·ds

F_a＝∫K_ac·h·dz+K_ae·ds

dF_t＝K_tc·h·dz+K_te·ds

dF_r＝K_rc·h·dz+K_re·ds

dF_a＝K_ac·h·dz+K_ae·ds

其中，F(xiàn)_t表示切向切削力，F(xiàn)_r表示徑向切削力，F(xiàn)_a表示軸向切削力，h為切削厚度；z表示工件坐標(biāo)系x-y-z的z方向；dF_t為切向力微元，dF_r為徑向力微元，dF_a為軸向力微元，ds為切削刃長(zhǎng)度微元，dz為軸向切深微元，d表示求微分，h表示切削厚度；

步驟五、依據(jù)機(jī)械振動(dòng)理論，建立高速切削加工工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，則有：

其中，M₁為切削系統(tǒng)等效質(zhì)量，C₁(T)為切削加工系統(tǒng)等效阻尼系數(shù)，K₁(T)為切削加工系統(tǒng)等效剛度，f₁(T)表示切削力，x₁(T)表示振動(dòng)位移函數(shù)，T表示時(shí)間；

步驟六、將刀具切削面t-r-a坐標(biāo)切削力通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成x-y-z坐標(biāo)切削力：

其中，θ₁，β₁，分別為由刀具切削面t-r-a坐標(biāo)向坐標(biāo)系x-y-z轉(zhuǎn)換時(shí)，切削面坐標(biāo)繞a軸的旋轉(zhuǎn)角度及繞t軸的旋轉(zhuǎn)角度；A_3-r表示刀具切削面t-r-a坐標(biāo)繞a軸的旋轉(zhuǎn)θ₁角度的轉(zhuǎn)換矩陣，r表示切削加工的徑向；A_r-a表示刀具切削面t-r-a坐標(biāo)繞a軸的旋轉(zhuǎn)θ₁角度旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系繞t軸的旋轉(zhuǎn)β₁角度的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；Fx表示x方向切削力；Fy表示y向切削力，F(xiàn)z表示z向切削力；

步驟七、獲得足夠三組或三組以上的表面輪廓X₁(T)，即可獲得M₁，C₁(T)，K₁(T)的值，建立切削加工與工件表面形貌的映射規(guī)律；

步驟八、通過步驟五中的動(dòng)力學(xué)模型，即可獲得在同一個(gè)高速切削加工機(jī)床下任意工件表面輪廓X₁(T)所需要的刀具材料幾何參數(shù)，切削參數(shù)；實(shí)現(xiàn)高速切削加工表面形貌的控制。

2.如權(quán)利要求1所述的高速切削加工工件表面形貌的控制方法，其特征在于，所述步驟三中，通過三維表面輪廓儀獲得加工后工件的表面輪廓。