[發明專利]一種結合曲面插值的端面銑刀銑削力預測方法

有效

• 申請號: 201811456534.X
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109299581B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 王建軍;姚斌;宋世毅;劉會剛;陳彬強;蔡思捷;溫冠鋒;楊小勇;王裕喆;劉紅霞;李晨碩;尹晨旭
• 申請（專利權）人: 廈門大學;第一拖拉機股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種結合曲面插值的端面銑刀銑削力預測方法，涉及超精密加工技術。設計不同切深、不同徑向背吃刀量的仿真參數，建立幾何模型，刀片切削刃位置布置圓角，刀片只取與工件接觸的刀尖部分，使網格能夠組合出刀片上的微小結構的形狀；取得仿真值后，利用曲面片插值的方法，對模型進行插值，利用樣條插值曲面方法建立切削力模型。計算刀具刀尖點運動學模型。根據運動學模型求解刀具上不同刀片徑向背吃刀量，代入到切削力模型中，求解各刀片在當前相位角切削力。把刀具切削力有限元分析離散為刀片切削力有限元分析，利用刀尖運動學模型來擬合整體刀具受力情況，大大提高刀具切削力預測的效率。

技術領域

本發明涉及超精密加工技術，尤其是涉及可用在主軸振動計算和加工表面粗糙度計算的一種結合曲面插值的端面銑刀銑削力預測方法。

背景技術

傳統的切削力預測方法通常有三種：1.經驗公式，2.切削力系數辨識(Engin S,Altintas Y.Mechanics and dynamics of general milling cutters.:Part II:inserted cutters[J].International Journal of Machine ToolsManufacture,2001,41(15):2195-2212；Yao Q,Wu B,Luo M,et al.On-line cutting force coefficientsidentification for bull-end milling process with vibration[J].Measurement,2018,125.(2))，3.整體刀具切削力有限元仿真(Tapoglou N,Antoniadis A.3-Dimensional kinematics simulation of face milling[J].Measurement,2012,45(6):1396-1405.)，切削力經驗公式只能預測切削力峰值或者均值，無法得到準確的切削力時程曲線，切削力系數辨識方法可以根據實驗數據辨識線性模型或者簡單的指數模型系數，并用該模型對刀片微元的切削力進行描述，再根據各個微元的運動方程，求解各個微元切削力，最終疊加求解整體刀具切削力，這種方法是現在求解切削力時程曲線的常用方法。但是由于方法基于實驗數據，因此經常回收機床主軸變形、振動等因素的影響導致切削力計算精度下降，并且用簡單的線性模型或者指數模型描述刀片微元切削力是誤差較大的。而整體刀具切削力有限元仿真難以運用在大直徑多刀片刀具切削力的仿真上，這種刀具網格量大，計算量大，計算時間長，難以保證大直徑多刀片切削力仿真精度。

發明內容

本發明的目的在于提供不同于傳統的切削力預測方法的一種結合曲面插值的端面銑刀銑削力預測方法。

本發明包括以下步驟：

1)設計不同切深、不同徑向背吃刀量的仿真參數，建立幾何模型，刀片切削刃位置布置圓角，刀片只取與工件接觸的刀尖部分，使網格能夠組合出刀片上的微小結構的形狀；

在步驟1)中，所述設計不同切深、不同徑向背吃刀量的仿真參數可設計25組，切深和徑向切深不同參數各5組；所述工件的長度可為3mm，高度按切深加1～2mm，減少網格數量，提高網格精度。

2)取得仿真值后，利用曲面片插值的方法，對模型進行插值，利用樣條插值曲面方法建立切削力模型，其中每個曲面面片公式如下所示：

其中，F為切削力值，Fv為偏導數，Fu為偏導數，Fuv為偏導數，H₀、H₁、P₀、P₁為混合函數，根據使用不同面片形式而改變，h_i、k_i、u'、v'與坐標點有關，u_i,v_i為某個刀片邊界點的橫縱坐標，u'，v'為計算點在刀片上的位置，h_i，k_i為刀片在u、v軸對應點上的長度，其公式如下所示：