[发明专利]考虑刀具振动下动态切屑厚度的实时切削力系数计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑刀具振动下动态切屑厚度的实时切削力系数计算方法，用于解决现有切削力系数计算方法实用性差的技术问题。技术方案是首先通过锤击实验测量系统刚度，对工件进行切削加工过程中记录加工过程的切削力，同时根据动力学方程实时计算刀具的振动位移，再结合时滞效应计算动态切屑厚度，最后通过切屑厚度结合切削力系数计算切削力的理论方程和实测切削力建立联系，求解正则方程计算未知的切削力系数。该方法能够有效的利用切削力数据，在刀具每旋转一周计算一组切削力系数，同时考虑不同的“主轴—夹头—刀具”系统的刚度特性变化，提高数据的利用效率，提供大量的切削力数据给后期的统计处理，充实切削数据库的资料基础，实用性好。

技术领域

本发明涉及一种切削力系数计算方法，特别涉及一种考虑刀具振动下动态切屑厚度的实时切削力系数计算方法。

背景技术

文献“Cutting force coefficients determination using vibratorycutting,Procedia CIRP62(2017)205-208.”公开了一种考虑切削过程中动态切屑厚度的切削力系数辨识方法。该方法针对车削这一连续切削加工工艺，考虑到切削过程刀具弱刚性带来振动的影响，来计算切削力系数。具体而言，由于车削过程刀具存在的弱刚性，车削过程切削层未变形切屑厚度会由于刀具的振动而产生动态变化。该方法利用多传感器测量刀具的振动情况，通过传感器的安装情况计算实时的动态切屑厚度，结合测得的力信号，利用力与切削力系数和未变形切屑厚度的关系计算切削力系数。相较于更为传统的方法，该方法考虑了系统的动态特性，计算过程考虑了实际上变化的未变形切屑厚度，使得连续监测计算输出成为可能。但是该方法使用的传感器数量多，特别是位移传感器难以用于刀具转动的铣削过程，另外本方法的计算过程不适用于铣削这种广泛应用的断续切削。

发明内容

为了克服现有切削力系数计算方法实用性差的不足，本发明提供一种考虑刀具振动下动态切屑厚度的实时切削力系数计算方法。该方法首先通过锤击实验测量系统刚度，对工件进行切削加工过程中记录加工过程的切削力，同时根据动力学方程实时计算刀具的振动位移，再结合时滞效应计算动态切屑厚度，最后通过切屑厚度结合切削力系数计算切削力的理论方程和实测切削力建立联系，求解正则方程计算未知的切削力系数。该方法能够有效的利用切削力数据，在刀具每旋转一周计算一组切削力系数，同时考虑不同的“主轴—夹头—刀具”系统的刚度特性变化，从而提高数据的利用效率，提供大量的切削力数据给后期的统计处理，充实切削数据库的资料基础，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种考虑刀具振动下动态切屑厚度的实时切削力系数计算方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、刀具几何参数由提供刀具的厂商同时提供或通过刀具测量获得。系统动力学模型的建立过程中，将刀具端部看作一个二自由度弹簧振子模型，利用锤击实验测量安装在主轴夹头上的刀具的底端模态刚度、阻尼和模态质量参数，从而确定系统动力学方程：

其中，m_x、m_y分别为x和y方向的模态质量，c_x、c_y分别为x和y方向的模态阻尼，k_x、k_y分别为x和y方向的模态刚度。

步骤二、使用满足要求的恒定切削参数侧铣工件，并通过切削测力仪测量实时的切削力，这一组切削力是在固定坐标系下的力F_xt(t_k)、F_yt(t_k)、F_zt(t_k)。