[發(fā)明專利]一種三維車削力解析建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810332578.5
• 申請(qǐng)日: 2018-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN108595806A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付中濤;戴耀南;陳緒兵;毛金城
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;王淳景

本發(fā)明公開了一種三維車削力解析建模方法，包括以下步驟：將車刀的切削刃在前刀面上沿圓周方向離散成一系列切削微元；通過材料JC本構(gòu)模型來計(jì)算每個(gè)切削微元的剪切流動(dòng)應(yīng)力；根據(jù)車刀的幾何關(guān)系和坐標(biāo)變換，得到切削微元的徑向位置角、微元偏角、切削寬度、切削深度、切削厚度及切削載荷的表達(dá)式；根據(jù)相鄰切屑的約束力平衡以及所有切屑單元上的力平衡，計(jì)算出全局與局部的切屑流角；采用修正的斜角切削預(yù)測(cè)模型計(jì)算出每個(gè)切削微元受到的切削力；將所有切削微元的切削力進(jìn)行疊加，得到整個(gè)車刀三維切削力的值。本發(fā)明只需輸入工件材料參數(shù)、車刀幾何參數(shù)及切削參數(shù)就能很快地預(yù)測(cè)出車削力，具有較高的準(zhǔn)確性和快速性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種車削加工技術(shù)，尤其涉及一種三維車削力解析建模方法。

背景技術(shù)

在三維車削過程中，車刀具有復(fù)雜的幾何形狀，其參與切削的切削刃對(duì)工件加工表面質(zhì)量具有重要的影響。因此，必須建立準(zhǔn)確的切削力模型以保證切削力的預(yù)測(cè)精度。由于切削力預(yù)測(cè)的機(jī)械模型和經(jīng)驗(yàn)公式只適用于特定的刀具-工件材料組合，且需要進(jìn)行大量的切削實(shí)驗(yàn)，因此，其成本高、通用性差的缺點(diǎn)在很大程度上約束了對(duì)切削力的預(yù)測(cè)。而切削預(yù)測(cè)的解析模型雖然避免了開展實(shí)驗(yàn)成本高及繁瑣性的問題，但未考慮車削過程中存在的切屑約束作用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有建模方法存在實(shí)驗(yàn)次數(shù)多且對(duì)切屑流向不確定的問題，本發(fā)明提供一種三維車削力解析建模方法，它建立了一種三維車削力的解析預(yù)測(cè)模型，只需輸入工件材料參數(shù)、車刀幾何參數(shù)及切削參數(shù)就能很快地預(yù)測(cè)出車削力，具有較高的準(zhǔn)確性和快速性，可以解決現(xiàn)有機(jī)械及數(shù)值方法標(biāo)定成本高且工作繁瑣的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種三維車削力解析建模方法，包括以下步驟：

S1、確定車刀的幾何參數(shù)和選定切削參數(shù)，車刀的幾何參數(shù)包括法向前角α_n、刃傾角λ_s、法向后角γ_n、主偏角k_r和刀尖圓弧半徑r_e；切削參數(shù)包括切削深度a_p、進(jìn)給量f_t和切削速度V；

S2、將車刀的切削刃在前刀面A_γ上沿圓周方向離散成(K+2)個(gè)切削微元，每個(gè)切削微元的切削特性看作含有切屑流出方向約束的斜角切削過程，即由于相鄰切屑間的相互作用使所有切屑單元沿同一方向流出；

S3、由于前刀面A_γ上所有切屑微元都具有相同的切屑流動(dòng)方向，故得到第k個(gè)切屑微元的局部切屑流角的表達(dá)式其中，為全局流動(dòng)角，為切削微元偏轉(zhuǎn)角；

S4、由于所有切屑微元具有相同的流動(dòng)方向，將第k個(gè)切屑微元受到相鄰切屑約束的力平衡和施加在所有切屑單元上的力平衡相結(jié)合，得到切屑微元的力平衡方程是由第k個(gè)切屑微元的相鄰切屑單元所產(chǎn)生的合力，由此計(jì)算得到進(jìn)而計(jì)算出

S5、根據(jù)修改后的斜角切削模型，計(jì)算第k個(gè)切削微元由主剪切區(qū)的剪切效應(yīng)所產(chǎn)生的剪切力和法向力

其中，τ_sh為主剪切區(qū)的剪切流動(dòng)應(yīng)力，A_k為第k個(gè)切削微元的切削載荷，為第k個(gè)切削微元的刃傾角，為第k個(gè)切削微元的法向剪切角，為第k個(gè)切削微元的前角，為第k個(gè)切削微元的法向摩擦角，為第k個(gè)切削微元的局部切屑流動(dòng)角，為第k個(gè)切削微元的剪切流動(dòng)角；

S6、通過坐標(biāo)變換，第k個(gè)切削微元由剪切作用引起的切向分力dF_t,j、徑向分力dF_r,j、軸向分力dF_a,j的表達(dá)式為

S7、通過坐標(biāo)變換，將所有切削微元產(chǎn)生的切削力進(jìn)行疊加，得到總切削力的表達(dá)式為