[发明专利]左、右切削刃的刀工界面切削行为差异性的计算与测试方法

权利要求书

1.左、右切削刃的刀工界面切削行为差异性的计算与测试方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、确定车削大螺距螺纹刀工接触关系层次结构及特征变量；

依据切削过程中的刀具切削运动及切削姿态，识别刀工界面接触行为的特征参数及影响因素，分析出刀工接触关系进行层次结构及特征变量；

第二步、左、右刃刀工接触长度与刀工接触宽度计算分析；

首先，根据刀具切削刃的初始状态，以刀具刀尖为原点，遵循右手笛卡尔直角坐标系建立的由x、y、z轴组成的直角坐标系；

其次，通过Matlab曲线拟合可获得刀具坐标系下刀具左、右刃的曲线方程F_l⁽⁰⁾(Z，X)和F_r⁽⁰⁾(Z，X)，应用坐标转换，将刀具坐标系转换为机床坐标系的方程，为f_l⁽⁰⁾(z，x)和f_r⁽⁰⁾(z，x)；设切削刃参与切削部分的起始点和终止点分别为E₁、F₁，在机床坐标系下的坐标值为：

式中，d₁为大螺距螺纹的小径，d为大螺距螺纹的大径，a_p为刀具理论切削深度，z_k为从进刀方向数第k个螺纹牙的中线与机床坐标系x轴的距离，ε_rl为刀具左刃刀尖角，B₀为螺纹牙高；

再次，已知初始切削刃方程f_l⁽⁰⁾(z，x)，则可知刀具左、右后刀面与已加工表面的初始接触长度公式；

理论情况下，初始时刀具与工件的接触关系应该为线接触，即初始宽度和深度应均为0，后刀面与工件已加工表面间的夹角为在实际情况下，由于机床自身的精度误差和刀具的安装误差，刀具后刀面与工件存在一定的接触面积，设机床刀架的轴向回转误差为△z₁，刀具的安装误差为△x₂、△y₂、△z₂，则设此时刀具后刀面与工件已加工表面的接触宽度如下所示：

Cw⁽⁰⁾＝Δz₁·tan(α-φ)

式中，α为刀具后角，φ为螺纹螺旋升角；

初始时，由于刀具左、右刃的刃弧半径趋近于0，因此，刀具后刀面的接触面积趋近于0，即刀具与工件的接触类型为线接触，由于在切削过程中，这种接触关系类型难以维持，当切削进行一段时间后，刀具与工件的接触关系将变成稳定的面接触，并保持下去，此时的接触关系作为刀工的初始接触关系；

以刀具坐标系的原点为中心，沿b方向，将刀具坐标系O-XYZ绕X轴逆时针旋转α₁度，将新得到的坐标系记为O₁-X₁Y₁Z₁；

在切削过程中，由于受机床和刀具振动、安装误差、位移和变形因素的影响，刀具与工件接触关系的特征参数，是接触宽度随主运动速度v_c、进刀量f、机床刀架轴向回转误差、刀具安装误差及振动振幅因素的改变而改变；

设刀具理论切削深度为a_p，刀具瞬态切削深度为a_p(t)，每刀进给量为f_i，切削过程中刀具振动产生的振动位移分别为S_x(t)、S_y(t)、S_z(t)，机床刀架的轴向回转误差为△z₁，刀具的安装误差为△x₂、△y₂、△z₂，因此，刀具后刀面与工件已加工表面瞬态接触长度和接触宽度获得表达；

第三步、建立左、右刃切削刀具受力模型；

第四步、采用刀具左、右切削刃的变形系数与相对滑移计算方法，揭示刀具左、右刃的切削变形差异性；

第五步、采用刀具左、右切削刃的剪切角与摩擦角计算方法，揭示刀具左、右刃摩擦过程中的差异性；

第六步、利用刀具左、右切削刃切削行为差异性实验测试方法，揭示左、右刃切削时切屑形态、左、右刃磨损及左、右刃动态切削行为上的差异性；

为采用左、右刃对称的成型式车刀，在相同的工艺参数下对螺纹试件左、右螺纹面进行等余量干式车削，通过实验仪器为VHX-1000超景深显微镜测量指定区域内的切屑形态和通过DH5922瞬态信号测试分析系统测试出左、右刃车削大螺距螺纹最后一刀时的刀具时域及频域振动信号，分析出刀具左、右刃切削行为差异性测试结果。