[发明专利]变曲率曲面侧铣过程中的瞬时铣削力预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铣削过程中铣削力的预测方法，更具体地，涉及复杂曲面侧铣过程中的瞬时铣削力的预测方法。

背景技术

铣削力是铣削过程中最重要的物理参数之一，它直接影响着刀具和工件变形、铣削稳定性、刀具磨损等，从而影响到加工精度、加工效率和能耗。目前，有关侧铣过程中的铣削力研究主要集中于直线铣削(零曲率)和圆弧铣削(定曲率)，这两种情况下，由于切削几何条件的不变性，铣削力呈周期性变化。而在航空、模具、汽车和电子等领域，多数复杂曲面的曲率是不断变化的，因曲率影响，实际径向切深、实际每齿进给量等工艺参数偏离了编程设定值(即，名义值)，且具有时变性，造成铣削力不再具有严格的周期性，采用传统方法无法精确预测瞬时铣削力，也因此，部分学者对变曲率曲面侧铣的铣削力预测方法进行了研究。

文献1“Rao V S,Rao P V M,Modeling of tooth trajectory and process geometry in peripheral milling of curved surfaces,International Journal of Machine Tools and Manufacture 45(2005)617–630.”公开了对曲面周铣的实际每齿进给量和切入/切出角的计算方法，以相邻两刀齿与待加工面的交点之间的距离作为实际每齿进给量。

文献2“Rao V S,Rao P V M，Effect of workpiece curvature on cutting forces and surface error in peripheral，Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part B:Journal of Engineering Manufacture,220(2006)1399-1407.”在文献1的基础上公开了自由外形曲面周铣的铣削力模型。

文献3“Yang Y,Zhang W H,Wan M，Effect of cutter runout on process geometry and force in peripheral milling of curved surfaces with variable curvature，International Journal of Machine Tools and Manufacture,54(2011)420-427.”公开了基于NC代码的刀位点确定方法、瞬时未变形切屑厚度的显式计算公式及铣削力预测方法，在一定程度上提高了计算效率。

文献1和文献2以相邻两刀齿与待加工面的交点之间的距离作为实际每齿进给量，未考虑进给方向的影响，造成实际每齿进给量计算结果不够精确，从而造成瞬时未变形切屑厚度计算失准，铣削力预测不够精确。文献3基于NC代码确定刀位路径的方法，虽然更接近加工实际，但在铣削参数未确定的情况下，也无法获得正确的NC代码，因此，方法并不适用于铣削参数优化等领域。另外，文献1、文献2和文献3中计算切入/切出角度时，均需要大量的数学计算，从而影响到铣削力预测效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种变曲率曲面侧铣的瞬时铣削力预测方法。该方法不仅避免了大量方程求解，提高变曲率曲面侧铣的瞬时铣削力预测效率，而且铣削力预测精确。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种变曲率曲面侧铣的瞬时铣削力预测方法，根据侧铣过程中曲面的曲率变化，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。

具体包括以下步骤：

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为当前采样点对应的参数；

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；