[发明专利]高速铣刀多齿不均匀切削行为的补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速铣刀切削行为的补偿方法，具体涉及高速铣刀多齿不均匀切削行为的补偿方法，属于高速铣刀设计技术领域。

背景技术

高速铣刀铣削时，一方面要求以极大的金属去除率来减少占机时间，另一方面要求低切削振动和高加工表面质量。为此，铣刀普遍采用不等齿距的刀齿分布，通过分散切削振动的能量，以改善高速铣削加工表面质量。上述方法可有效抑制切削力振动，但刀齿的不等齿距分布同时会使铣刀产生不均匀切削，破坏高速铣削加工表面的均匀性，高速铣削加工表面质量无法得到可靠的保障。

高速铣刀多齿不均匀切削是铣刀振动和刀齿误差等因素综合作用的结果，刀齿不等齿距分布存在多种设计方案，并不是每种设计方案均能有效解决多齿不均匀切削问题，刀齿分布在设计上的随机性和多样性，使其在控制刀齿切削行为上缺乏依据。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的高速多齿铣刀因切削不均引起加工表面质量下降的问题。

本发明的技术方案是：高速铣刀多齿不均匀切削行为的补偿方法，包括以下步骤：

步骤一：建立高速铣刀在铣刀振动和刀齿误差影响下的切削行为模型；

步骤二：对高速铣刀切削行为进行识别，对高速铣刀的齿距、铣刀转速和铣刀的震动主频进行调整，进行初次补偿；

步骤三：对步骤二所述高速铣刀进行二次识别，对多齿不均匀切削行为进行二次补偿；

步骤四：对补偿效果进行验证。

所述步骤一建立切削行为模型的步骤为：

构建铣刀刀齿切削坐标系，以机床上的指定点为坐标系原点，以高速铣刀铣削宽度方向为x轴，以铣刀进给方向为y轴，以铣刀的铣削深度方向为z轴；

建立高速铣刀上任意一个刀齿的铣削宽度a_ei、每齿进给量f_zi和铣削深度a_pi的模型：

式中，θ_i为高速铣刀的相邻刀齿的间距，为相邻两齿间径向误差沿x方向的误差分量，为相邻两齿间径向误差沿y方向的误差分量，为相邻两齿的轴向误差，分别为第i个刀齿切削时铣刀沿x、y、z方向振动振幅，和分别为第i-1个刀齿切削时铣刀沿x、y、z方向振动振幅，n为高速铣刀转速，a_e为铣削宽度，v_f为进给速度，a_p为铣削深度。现有技术采用单因素控制变量法，针对影响加工表面形貌显著的高速铣刀整体切削行为特征进行研究和建模，相比之下，本发明考虑多特征量之间交互作用对铣刀各个刀齿切削行为的影响，能够有效抑制刀齿的不均切削行为。

步骤二所述对高速铣刀进行切削行为的识别过程包括：

利用步骤一所述的高速铣刀振动、刀齿误差和刀齿切削行为模型的参数，构建第i个刀齿加工表面残留波峰高度H_i和加工表面相邻残留波峰之间间距△L_i模型；

建立高速铣刀加工表面残留波峰在高度上分布不均匀度U_L和高速铣刀加工表面残留波峰波在峰间距的分布上不均匀度U_H的解算模型：

利用高速铣刀相邻刀齿的加工表面残留波峰高度和残留波峰间距的差别及波峰分布不均匀度，进行高速铣刀刀齿不均匀切削行为显著性判别；利用铣刀相邻刀齿的每齿进给量f_zi、f_zi-1，刀齿铣削深度a_pi、a_pi-1，和刀齿的铣削宽度a_ei、a_ei-1的差别，识别高速铣刀刀齿不均匀切削行为类型。

所述第i个刀齿加工表面残留波峰高度H_i和加工表面相邻残留波峰之间间距△L_i模型为；

式中，κ_si-1为第i-1个刀齿的副偏角，κ_ri为第i个刀齿的主偏角；

高速铣刀加工表面残留波峰在高度上分布不均匀度U_L和高速铣刀加工表面残留波峰波在峰间距的分布上不均匀度U_H的解算模型为：