[发明专利]一种普通立铣刀圆弧段切削力系数辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种普通立铣刀圆弧段切削力系数辨识方法，特别适用于球头铣刀、圆鼻铣刀圆弧段的切削力系数辨识，对实现铣削力预测和加工仿真具有重要意义，本发明属于机械机加工技术领域。

背景技术

构建铣削力预测模型是实现加工仿真的基础，而铣削力计算的准确性主要依赖于切削力系数的辨识精度。对于带有圆弧段的普通立铣刀，包括球头铣刀和圆鼻铣刀，随着轴向高度不同，刀具的局部半径会发生改变，由此导致刀具圆弧段的切削力系数出现随轴向高度不断变化的特性，工程实践中常用三次多项式来表示这种变化，此时，多项式变量的选取以及系数辨识方法的构建显得尤为重要。

文献1“Huang T,Zhang X,Ding H.Decoupled chip thickness calculation model for cutting force prediction in five-axis ball-end milling[J].International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology,2013,69(5-8):1203-1217.”公开了一种球头铣刀切削力系数的辨识方法，其主要通过构建以轴向浸润角为变量的多项式来描述切削力系数随轴向高度的变化，并通过仿真铣削力与实测铣削力的对比，验证了该方法的有效性。然而，该方法仅对球头铣刀有效，无法应用于圆鼻铣刀的切削力系数辨识当中。

文献2“Ge G,Wu B,Zhang D,et al.Mechanistic identification ofcutting force coefficients in bull-nose milling process[J].Chinese Journal ofAeronautics,2013,26(3):823-830.”公开了一种圆鼻铣刀切削力系数的辨识方法，该方法以轴向高度为变量的多项式来构建系数表达式。然而，该方法只在实验切深范围内有效，并不能得到整个刀具圆弧段的切削力系数。

发明内容

为了准确描述铣刀圆弧段切削力系数随轴向高度不断变化的特性，提高铣削力模型的预测精度，本发明提供了一种普通立铣刀圆弧段切削力系数辨识方法。

本发明是通过如下技术方案实现的。

一种普通立铣刀圆弧段切削力系数辨识方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)选定普通立铣刀的刀具半径R₀、圆角半径r、刀齿数N_f和螺旋角β，确定工件材料，设定加工坐标系O-XYZ，其中原点O位于刀尖点，X轴对应刀具进给方向，Z轴沿着刀轴矢量竖直向上，Y轴根据右手定则确定，在不同主轴转速n、轴向切削深度a_p、每齿进给量f_t的加工参数组合下进行M组槽铣实验，并且M≥5，记录每组槽铣实验得到的沿三个坐标轴方向的平均铣削力和其中m＝1,2,…,M；

其中，槽铣实验的实施步骤为：将长方体工件固定在三向测力仪上，并将三向测力仪固定在机床的工作台上；按照对应的加工参数使刀具沿直线从工件的一侧运动到另一侧，完成一次走刀；用三向测力仪记录走刀过程中产生的X、Y、Z三个方向的瞬时铣削力，分别求和取平均，得到X、Y、Z三个方向的平均铣削力和

2)根据下式计算出15个过渡参数K₁,K₂,…,K₁₅：

将此方程简写为其中，[a]是一个常数矩阵，i＝0,1,2,3；

然后，利用计算出的15个过渡参数，得到六个切削力系数的表达式：

其中，K_tc、K_rc、K_ac为三个剪切力系数，K_te、K_re、K_ae为三个犁切力系数，R(z)为刀具圆弧段沿Z轴方向高度为z时的局部半径，表示为：

上述技术方案中，步骤2)所述常数矩阵的各元素由下式计算得到：