[發明專利]考慮刀具磨損的機床加工過程能耗模型建模方法

有效

• 申請號: 201910334254.X
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN109902448B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 張瑩;王奇;吳寶海;張定華;陳曦
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明公開了一種考慮刀具磨損的機床加工過程能耗模型建模方法，用于解決現有機床加工過程能耗模型建模方法預測精度差的技術問題。技術方案是首先建立考慮刀具磨損的切向dF_t^w和軸向dF_z^w切削力模型，再建立機床加工中的額外負載能耗模型，進而建立空載能耗模型，最后建立考慮刀具磨損的機床加工能耗模型。與背景技術不考慮刀具磨損的能耗模型相比，本發明考慮刀具磨損的機床加工過程能耗模型的預測精度高，平均預測誤差減小了66％。

技術領域

本發明涉及一種機床加工過程能耗模型建模方法，特別是涉及一種考慮刀具磨損的機床加工過程能耗模型建模方法。

背景技術

隨著現代制造業對能效的要求越來越高，機床能耗近年來受到廣泛關注，為了實現更高的制造能效，可靠的能源消耗建模是先決條件，因為它為任何與能效相關的優化提供基礎。航空航天的復雜零件多為難加工材料，加工過程中必然會出現嚴重的刀具磨損問題，刀具磨損會引起機床能耗的變化，從而導致不考慮刀具磨損的能耗模型預測精度降低，無法準確預測實際加工過程中的機床能耗等問題。

針對難加工材料零件的加工而言，刀具磨損引起的切削力變化是明顯的，進而導致了切削能耗的明顯變化，現有的不考慮刀具磨損的能耗建模方法顯然不再適用。因此，很有必要尋找一種考慮刀具磨損的能耗模型建模方法，實現對難加工材料的加工過程的能量消耗進行精準預測，為降低加工能耗，實現高效能加工提供理論支撐。

發明內容

為了克服現有機床加工過程能耗模型建模方法預測精度差的不足，本發明提供一種考慮刀具磨損的機床加工過程能耗模型建模方法。該方法首先建立考慮刀具磨損的切向和軸向切削力模型，再建立機床加工中的額外負載能耗模型，進而建立空載能耗模型，最后建立考慮刀具磨損的機床加工能耗模型。與背景技術不考慮刀具磨損的能耗模型相比，本發明考慮刀具磨損的機床加工過程能耗模型的預測精度高，平均預測誤差減小了66％。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種考慮刀具磨損的機床加工過程能耗模型建模方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、分別建立考慮刀具磨損的切向和軸向切削力模型：

其中，K_tc,K_zc,K_te,K_ze為切削力系數，μ是滑動摩擦系數，VB是刀具磨損量，dA是被去除材料的微分面積，Δb是切屑寬度，E是彈性模量，δ是材料回彈率，h是切削層的厚度。

公式(1)，(2)簡化表示為：

其中，ΔK_tw和ΔK_zw分別表示兩個方向上的磨損系數，與刀具磨損量VB有關。

分析切削能耗的組成，主要由進給方向的能耗功率和主軸旋轉方向的能耗功率組成。

P_feed表示加工過程中進給方向的能耗功率，P_rotation表示加工過程中主軸旋轉方向的能耗功率，根據不同加工方式的特點分別計算P_feed和P_rotation。

切削過程中進給方向的能耗功率主要由軸向力做功。

主軸旋轉方向的能耗功率主要由切削力做功。

因此建立考慮刀具磨損的切削能耗模型：