[发明专利]一种基于边界条件判断的正交车铣加工端面刃切削力建模方法

权利要求书

1.一种基于边界条件判断的正交车铣加工端面刃切削力建模方法，包含以下步骤：

步骤1：以刀具底面中心O为原点，以刀具轴线方向为Z轴建立笛卡尔直角坐标系，即刀具坐标系，其中，X轴为与工件轴线平行的方向；

步骤2：沿着刀具径向将端面刃划分成若干个微元，假设第j个刀齿上的第i个微元切削刃到刀具底面中心的距离为L_j,i，则时刻t该微元在刀具坐标系中的坐标为：

xj,iyj,izj,i=Lj,i·sin(2π·nT60·t+(j-1)·2πN)Lj,i·cos(2π·nT60·t+(j-1)·2πN)0---(1)]]>

其中，n_T表示刀具转速，N为刀具齿数；

步骤3：假设任一微元在刀具坐标系中的位置为(x_j,i,y_j,i,z_j,i)，针对顺铣加工，通过式(2)判断该切削刃微元是否处于切削状态；针对逆铣加工，通过式(3)判断其是否处于切削状态；如果式(2)或式(3)成立，则说明该微元处于切削状态；否则，说明该微元未处于切削状态；

yj,i≤cotβ·xj,i-RTsinβ+b·cotβyj,i≥-(RW-ap)·tan(θz2)yj,i2+(RW-ap+zj,i)2≤RW---(2)]]>

yj,i≥-cotβ·xj,i+RTsinβ-b·cotβyj,i≤(RW-ap)·tan(θz2)yj,i2+(RW-ap+zj,i)2≤RW---(3)]]>

其中，R_W和R_T分别表示工件和刀具的半径，a_p表示切深，b、θ_z和β由下式给出

b=fvnWθz=2π·nWN·nTβ=arctanb2π(RW-ap)---(4)]]>

式中，f_v表示刀具沿着工件轴线方向进给速度，n_W表示工件的旋转速度；

步骤4：对于处于切削状态的端面刃微元，计算其切削厚度，顺铣时，切厚计算公式为：

hj,i=[(RW-ap)tanθz2+yj,i]tanθz+ϵj-ϵj-1---(5)]]> 1

逆铣时，切厚计算公式为：

hj,i=[(RW-ap)tanθZ2-yj,i]tanθz+ϵj-ϵj-1---(6)]]>

式中：ε_j表示第j个端面刃沿着刀具轴线方向的跳动；采用机械力学模型，计算作用在处于切削状态的微元上的切向及进给方向切削力dF_t,j,i，dF_f,j,i：

dFt,j,i=Ktc·hj,i·dz+Kte·dzdFf,j,i=Kfc·hj,i·dz+Kfe·dz---(7)]]>

式中，K_tc、K_fc是剪切力系数，K_te、K_fe是刃口力系数，dz是微元切削刃的长度；对于未处于切削状态的微元，其对应的切向及进给方向切削力均为0；

通过式(6)将作用在各个微元上的切削力转换到刀具坐标系的X、Y和Z方向：

dFX,j,idFY,j,idFZ,j,i=-cos(2π·nT60·t+(j-1)·2πN)0sin(2π·nT60·t+(j-1)·2πN)001dFt,j,idFf,j,i---(8)]]>

步骤5：对所有微元重复进行步骤3和步骤4，并将所有参与切削的微元上的切削力相加，得到正交车铣加工过程中端面刃切削所产生的切削力F_X、F_Y和F_Z；

FXFYFZ=Σj=1NΣi=1MdFX,j,idFY,j,idFZ,j,i---(9).]]> 2