[发明专利]一种考虑刃口效应的倒棱圆形车刀切削力精确预测方法

说明书

本发明提供一种考虑刃口效应的倒棱圆形车刀切削力精确预测方法，将切削刃离散化处理，把未变形切削区域划分为两个部分，分别计算每个切削区域中每个切削刃微元的未变形切屑厚度；计算每个切削刃微元的剪切力系数；设刃口力系数与剪切应力和倒棱长度成线性关系，利用试验数据，推导针对圆形车刀的刃口力系数线性常数项的标定方程，计算刃口力系数；计算每个切屑刃微元的切削力，并沿着切屑刃积分，得到整体的切削力。本发明通过将圆形车刀离散为多个微元，分析每个微元的局部参数，考虑倒棱刃口的刃口力，预测每个切削刃微元的切削力并沿着切削刃积分得到整体的切削力，从而为圆形倒棱车刀的高效高精加工过程控制提供指导。

技术领域

本发明属于金属高效高精切削加工技术领域，具体涉及一种考虑刃口效应的倒棱圆形车刀切削力精确预测方法。

背景技术

对于金属切削加工而言，切削力是后续研究切削热、刀具磨损以及表面完整性的基础，在切削加工中处于至关重要的地位。目前，在车削领域中，对于常规的菱形车刀和三角形车刀的研究以及圆形刀具刃口的研究已经比较成熟，但是圆形车刀由于其复杂的切削域形状，研究还不多，尤其是对于倒棱刃口的刀具而言。

圆形陶瓷车刀在高速切削工况下的应用越来越普遍，它具有高抗磨损的特性。倒棱刃口的刀具由于其强度在高速切削硬化材料的情况下也是普遍应用的。不只在车削中，在铣削的过程中，圆形倒棱刀的应用也很普遍。具体而言，圆形倒棱车刀由于其抗磨损、强度高的特点，在切削加工中应用广泛，但是又由于形状的复杂性，对于其切削力的预测还需要加强，以便于更好地服务于加工过程预测。

目前，有学者已经提出了一些切削力预测的相关研究方法，例如李炳林(“Analytical prediction of cutting forces in orthogonal cutting using unequaldivision shear-zone model”，2011，54(5-8):431-443)在研究中提出了通过不等分剪切模型预测剪切区的应变、应力和温度的分布，进而计算出主剪切面的剪切应力。Abdelmoneim M E(“Tool edge roundness and stable build-up formation in finishmachining”，1974，6(4):1258-1267.)提出了关于圆形刃口的刃口力系数分析模型，但是这并不适用于倒棱刃口，尤其是对于几何关系较为复杂的圆形车刀，因而如今对于圆形车刀的切削力预测不够全面，这直接降低了对圆形车刀车削过程的检测，降低了对零件质量的可预测性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种考虑刃口效应的倒棱圆形车刀切削力精确预测方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种考虑刃口效应的倒棱圆形车刀切削力精确预测方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、参数输入：

输入车削加工切削参数、圆形车刀几何参数和性能参数，包括刀具半径r、前角α_n、切削深度d、切削速度V、每齿进给f；

S2、将切削刃离散化处理，把未变形切削区域划分为两个部分，分别计算每个切削区域中每个切削刃微元的未变形切屑厚度；

S3、通过已有公式和文献参数与圆形车刀的几何形状相结合，计算每个切削刃微元的剪切力系数；

S4、设刃口力系数与剪切应力和倒棱长度成线性关系，利用试验数据，推导针对圆形车刀的刃口力系数线性常数项的标定方程，计算刃口力系数；

S5、计算每个切屑刃微元的切削力，并沿着切屑刃积分，得到整体的切削力。