[发明专利]变曲率曲面侧铣过程中的瞬时铣削力预测方法

权利要求书

1.一种变曲率曲面侧铣的瞬时铣削力预测方法，其特征在于：根据侧铣过程中曲面的变曲率特点，沿刀具轨迹以等参数间隔计算各刀具位置点，并计算出瞬时刀具角位置、进给方向、对应加工时间和实际径向切深；依据实际径向切深，计算出瞬时切入/切出角度；将名义每齿进给量作为实际每齿进给量，并结合瞬时刀具角位置计算出每个切削微元的瞬时未变形切屑厚度；然后依据进给方向，建立局部坐标系下的铣削力模型，并投影到整体坐标系中，即可得到瞬时铣削力；

实际径向切深a_ee(u)的模型如下：

a_ee(u)＝|(x_w(u₁)-x(u))sinθ(u)-(y_w(u₁)-y(u))cosθ(u)|；

其中，a_ee(u)表示实际径向切深，x_w(u₁)、y_w(u₁)为刀具位于u位置时，刀具轨迹与加工前工件轮廓曲线交点的坐标，x(u),y(u)为加工后工件轮廓曲线的参数方程，θ(u)为刀具瞬时进给方向角，u₁为中间参数，可通过求解方程[x_t(u)-x_w(u₁)]²+[y_t(u)-y_w(u₁)]²＝R²或者通过折半查找方法获得，R表示铣刀半径，x_t(u)、y_t(u)表示当前刀具中心位置；而x_w(u₁)、y_w(u₁)与x(u)、y(u)的关系为：

式中，a_e为名义径向切深。

2.根据权利要求1所述的变曲率曲面侧铣的瞬时铣削力预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，根据侧铣过程中曲面的曲率变化，确定铣刀参数、名义铣削参数、铣削方式以及采样点的参数间隔，获取加工后工件轮廓曲线的参数方程为(x(u),y(u))，u为参数化曲线的参数；

步骤2，依据工件边界条件、刀具轨迹方程计算刀具开始切削材料时对应的刀具轨迹曲线参数，即，确定初始刀具中心位置；

步骤3，根据步骤1确定的铣刀参数、名义铣削参数、铣削方式、采样点的参数间隔、加工后工件轮廓曲线的参数方程(x(u),y(u))以及步骤2确定的初始刀具中心位置建立刀具瞬时进给方向角θ(u)模型，当前刀具中心位置模型，加工时间t(u)模型和刀具在随动坐标系o_sx_sy_s中的角位置模型；

步骤4，根据步骤3得到的刀具瞬时进给方向角θ(u)、当前刀具中心位置，刀具轨迹与加工前工件轮廓曲线交点的坐标，以及步骤1得到的加工后工件轮廓曲线的参数方程(x(u),y(u))计算刀具中心位于u时的实际径向切深a_ee(u)；

步骤5，根据步骤4求得的实际径向切深a_ee(u)计算刀具铣削时的切入角φ_st(u)和切出角φ_ex(u)；而在刀具的进入段根据工件的边界条件计算实际切出角；在刀具退出段根据工件边界条件计算实际切入角；

步骤6，沿刀具轴向将刀齿进行离散化，每刀齿等分为M个切削微元，根据步骤5得到的切入角φ_st(u)和切出角φ_ex(u)，以及步骤1确定的铣刀参数、名义铣削参数，同时将名义每齿进给量作为实际每齿进给量建立作用在切削微元(i,j)上的切削力模型；

步骤7，将步骤6得到的作用在切削微元(i,j)上的切削力模型转化为随动坐标系o_sx_sy_s中的x_s与y_s方向分量，并对微元切削力求和，得到进给方向铣削力F_xs(u)与法向铣削力F_ys(u)；

步骤8，将步骤7得到的进给进给方向铣削力F_xs(u)与法向铣削力F_ys(u)进一步变换到固定坐标系oxy中，得到瞬时铣削力在x与y方向的分量。