[发明专利]一种介观尺度车削变形预测方法

权利要求书

1.一种介观尺度车削变形预测方法，其特征在于采用如下步骤：

①搭建基于介观尺度的车削变形测试装置；

所述变形测试装置包括测力仪(1)、压板(2)、滑轨(3)、滑台(4)、压板(5)、丝杠(9)、立板(8)、螺钉(7)和车刀(6)，所述滑轨(3)通过压板(5)设置在测力仪(1)上，所述滑台(4)设置在滑轨(3)上，所述压板(5)通过螺钉(7)与滑台(4)相配合，所述车刀(6)设置在滑台(4)与压板(5)之间，所述滑台(4)左侧设有立板(8)，所述丝杠(9)通过立板(8)与滑台(4)连接，所述滑轨(3)上设有刻度线；

②建立介观尺度车削切削力计算模型；

201 介观尺度车削切削力模型采用单位切削力法，考虑切削面积和切削刃长度的作用，切削力的计算公式为F＝τS+σL (一)

式中，F为切削力合力，τ为单位面积切削力，S为切削面积，σ为切削刃单位长度切削力，L为切削刃长度；

202 计算介观尺度车削切削面积S，介观尺度车削中，引入车刀刀尖圆弧半径因素，瞬时切削面积分为两个部分计算，S₁的计算公式为：

式中，r为车刀的刀尖圆弧半径，f为每转进给量，x为函数的积分变量；

S₂的计算公式为：S₂＝f×(a_p-r) (三)

式中，a_p为切削深度，则介观尺度车削瞬时面积总和为：

203 计算介观尺度车削切削刃长度，计算公式为：

204 将切削力合力进行分解，主切削力F_t、进给抗力F_f和切深抗力F_p的计算公式为：

F_t＝Fsinα (六)

F_f＝Fcosαcosβ (七)

F_p＝Fcosαsinβ (八)

式中，α为切削力合力F与XZ平面的夹角，β为进给抗力F_f和F_r的夹角；

③确定切削力计算模型参数；

301 确定车刀(6)和工件(10)的初始位置，调整所述步骤①中的丝杠(9)，纪录滑轨(3)上刻度，进行介观尺度下的工件(10)车削，记录测力仪(1)中主切削力F_t、进给抗力F_f和切深抗力F_p，测量车刀(6)刀尖圆弧半径r，将F_t、F_f、F_p、r代入式(一)～(八)，得到一组参数τ、σ、α和β；

302 通过调整所述步骤①中的丝杠(9)，改变车刀(6)和工件(10)的位置，进而改变切削参数，并纪录滑轨(3)上刻度，重复步骤301，得到多组参数τ、σ、α和β的解，将其拟合得到最终解；

④建立介观尺度车削变形有限元预测模型；

401 编写INP文件，作为有限元仿真的输入文件，将步骤②和步骤③中理论预测得到的介观尺度车削切削力作为有限元预测模型的输入，在INP文件中，编写工件的节点编号、节点坐标和单元编号，建立工件的三维模型；

402 赋予工件材料属性，包括密度、弹性模量、泊松比等物理参数，设置分析步，每一个分析步控制一个单元，在分析步的开始将切削力施加到控制单元的节点上，在分析步的结束使用单元生死法去除控制单元，通过循环，直到待切削层材料完全去除；

403 将INP文件输入到有限元软件的分析计算模块，计算结束后对仿真结果进行提取，选定已加工表面上的母线，找出母线上单元、单元编号、分析步和节点的偏移量X、Y，计算总变形量R，并依据总变形量R在母线上的位置，绘制工件变形图；

404 选定切削深度为自变量进行车削仿真，公差分别为0.1mm,0.2mm,0.3mm，切削深度范围为0.2～0.8mm，得到介观尺度车削仿真变形图，计算得到车刀刀尖让刀的轨迹方程，将其作为走刀补偿加入到车削工艺。