[发明专利]平底刀五轴加工铣削力精确预报方法

说明书

本发明提供了一种平底刀五轴加工铣削力精确预报方法，首先，将连结刀具底圆圆心与圆上均匀分布的刀刃点得到的线族作为几何计算的基元，基于底刃空间运动轴向速度分量确定可行接触区间，应用线面求交法及距离场法确定底刃工件啮合区域；然后，依据底刃工件啮合区域边界信息计算切宽，基于当前刀齿底面与前一刀齿底面的相对位置关系解析计算底刃瞬时未变形切厚值；通过一组不同进给率下的插铣标定实验，基于平均切削力系数标定法由最小二乘拟合得到底刃铣削力系数；最后，将以上所求参数代入经典二元切削力模型计算得到底刃切削力，并将其与侧刃力叠加得到切削合力。本发明在预报五轴铣削力时考虑了底刃切削所引起的切削力，提高了预报的准确性。

技术领域

本发明涉及计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing,CAM)技术领域，具体地，涉及一种平底刀五轴加工铣削力精确预报方法。

背景技术

在机械制造领域，五轴数控加工由于在加工效率、加工质量、制造成本方面的明显优势，被广泛用于加工模具、整体式叶轮、航空薄壁件等复杂曲面类零件。平底刀作为常用刀具，广泛用于五轴端铣加工及五轴侧铣加工。在实际加工中，为了提高加工效率及加工质量，有必要对切削过程进行仿真并优化加工工艺参数。铣削力作为加工过程中的一个非常重要的物理量，对铣削过程有着重要的影响，它的大小将直接影响切削功率、切削热，甚至引起工艺系统的变形和振动。通过铣削力预测不仅有助于加工工艺参数优化、控制刀具/工件变形，也可以为刀具设计、刀具磨损和破损监测提供重要的参考价值。因此，非常有必要建立五轴加工铣削力模型。

对于平底刀五轴加工的铣削力预报，文献“Li Z L,Niu J B,Wang X Z,etal.Mechanistic model ing of five-axis machining with a general end millconsidering cutter runout[J].International Journal of Machine Tools andManufacture,2015,96:67-79.”进行了较为系统的研究，其提出了刀具-工件啮合区域判定的高效高精方法—弧面相交法，建立了考虑跳动的瞬时未变形切厚计算公式，基于铣削力系数及跳动参数的标定值，实现了考虑跳动的五轴铣削力预报。然而，对于平底刀五轴加工，由于加工工况复杂，刀轴时变，刀具侧刃与底刃往往同时参与切削。现有五轴铣削力模型忽略了底刃切削力，直接导致预报力失准。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种平底刀五轴加工铣削力精确预报方法。

根据本发明提供的平底刀五轴加工铣削力精确预报方法，包括如下步骤：

步骤S1，读入毛坯模型文件、刀路文件以及刀具几何参数数据，并将离散刀位插值获得刀具轴迹面并存储所述刀具轴迹面；

步骤S2，基于底刃空间运动轴向速度分量确定底刃的可行接触区间，应用线面求交法及距离场法确定底刃工件啮合区域；

步骤S3，依据底刃工件啮合区域边界信息计算切宽，基于当前刀齿底面与前一刀齿底面的相对位置关系解析计算底刃瞬时未变形的切厚值；

步骤S4，采用多组不同进给率的三轴插铣实验，基于线性回归法拟合得到切向r、径向t及轴向a的底刃铣削力系数，包括剪切力系数K_B,qc(q＝r,t,a)和犁切力系数K_B,qe(q＝r,t,a)；

步骤S5，将所述刀具几何参数信息、所述底刃工件啮合区域的信息、所述切宽、底刃瞬时未变形的切厚值以及切向、径向及轴向的底刃铣削力系数代入底刃切削力模型，计算得到给定刀具回转角处底刃的切向、径向、轴向铣削力；