[發(fā)明專利]考慮刀具振動下動態(tài)切屑厚度的實時切削力系數(shù)計算方法

有效

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• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107679335B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設計）人: 張定華;姚琦;羅明;吳寶海
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明公開了一種考慮刀具振動下動態(tài)切屑厚度的實時切削力系數(shù)計算方法，用于解決現(xiàn)有切削力系數(shù)計算方法實用性差的技術問題。技術方案是首先通過錘擊實驗測量系統(tǒng)剛度，對工件進行切削加工過程中記錄加工過程的切削力，同時根據(jù)動力學方程實時計算刀具的振動位移，再結合時滯效應計算動態(tài)切屑厚度，最后通過切屑厚度結合切削力系數(shù)計算切削力的理論方程和實測切削力建立聯(lián)系，求解正則方程計算未知的切削力系數(shù)。該方法能夠有效的利用切削力數(shù)據(jù)，在刀具每旋轉一周計算一組切削力系數(shù)，同時考慮不同的“主軸—夾頭—刀具”系統(tǒng)的剛度特性變化，提高數(shù)據(jù)的利用效率，提供大量的切削力數(shù)據(jù)給后期的統(tǒng)計處理，充實切削數(shù)據(jù)庫的資料基礎，實用性好。

技術領域

本發(fā)明涉及一種切削力系數(shù)計算方法，特別涉及一種考慮刀具振動下動態(tài)切屑厚度的實時切削力系數(shù)計算方法。

背景技術

文獻“Cutting force coefficients determination using vibratorycutting,Procedia CIRP62(2017)205-208.”公開了一種考慮切削過程中動態(tài)切屑厚度的切削力系數(shù)辨識方法。該方法針對車削這一連續(xù)切削加工工藝，考慮到切削過程刀具弱剛性帶來振動的影響，來計算切削力系數(shù)。具體而言，由于車削過程刀具存在的弱剛性，車削過程切削層未變形切屑厚度會由于刀具的振動而產(chǎn)生動態(tài)變化。該方法利用多傳感器測量刀具的振動情況，通過傳感器的安裝情況計算實時的動態(tài)切屑厚度，結合測得的力信號，利用力與切削力系數(shù)和未變形切屑厚度的關系計算切削力系數(shù)。相較于更為傳統(tǒng)的方法，該方法考慮了系統(tǒng)的動態(tài)特性，計算過程考慮了實際上變化的未變形切屑厚度，使得連續(xù)監(jiān)測計算輸出成為可能。但是該方法使用的傳感器數(shù)量多，特別是位移傳感器難以用于刀具轉動的銑削過程，另外本方法的計算過程不適用于銑削這種廣泛應用的斷續(xù)切削。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有切削力系數(shù)計算方法實用性差的不足，本發(fā)明提供一種考慮刀具振動下動態(tài)切屑厚度的實時切削力系數(shù)計算方法。該方法首先通過錘擊實驗測量系統(tǒng)剛度，對工件進行切削加工過程中記錄加工過程的切削力，同時根據(jù)動力學方程實時計算刀具的振動位移，再結合時滯效應計算動態(tài)切屑厚度，最后通過切屑厚度結合切削力系數(shù)計算切削力的理論方程和實測切削力建立聯(lián)系，求解正則方程計算未知的切削力系數(shù)。該方法能夠有效的利用切削力數(shù)據(jù)，在刀具每旋轉一周計算一組切削力系數(shù)，同時考慮不同的“主軸—夾頭—刀具”系統(tǒng)的剛度特性變化，從而提高數(shù)據(jù)的利用效率，提供大量的切削力數(shù)據(jù)給后期的統(tǒng)計處理，充實切削數(shù)據(jù)庫的資料基礎，實用性好。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案：一種考慮刀具振動下動態(tài)切屑厚度的實時切削力系數(shù)計算方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、刀具幾何參數(shù)由提供刀具的廠商同時提供或通過刀具測量獲得。系統(tǒng)動力學模型的建立過程中，將刀具端部看作一個二自由度彈簧振子模型，利用錘擊實驗測量安裝在主軸夾頭上的刀具的底端模態(tài)剛度、阻尼和模態(tài)質量參數(shù)，從而確定系統(tǒng)動力學方程：

其中，m_x、m_y分別為x和y方向的模態(tài)質量，c_x、c_y分別為x和y方向的模態(tài)阻尼，k_x、k_y分別為x和y方向的模態(tài)剛度。

步驟二、使用滿足要求的恒定切削參數(shù)側銑工件，并通過切削測力儀測量實時的切削力，這一組切削力是在固定坐標系下的力F_xt(t_k)、F_yt(t_k)、F_zt(t_k)。