[发明专利]一种采用仿真技术判别正交车铣切屑形状和类型的方法

权利要求书

1.一种采用仿真技术判别正交车铣切屑形状和类型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：对正交车铣切屑形状进行仿真

用两个参数和表示铣刀在正交车铣过程中从第一位置移动到第二位置的过程；其中表示正交车铣时铣刀转过一齿，工件相应转过的角度；表示正交车铣时工件转过一个角，铣刀沿工件轴线移动的距离；

采用仿真软件模拟正交车铣时切屑的形成过程：正交车铣时切屑的形成可以看作是工件在静止状态下，铣刀从第一位置沿工件轴线旋转一个角度同时沿工件轴线移动距离最终到达第二位置；此时，铣刀的第一位置、第二位置与工件的交集部分即为切屑的形状；

步骤二：对正交车铣刀具与工件的位置关系进行建模

首先建立正交车铣铣刀和工件的位置关系：当工件按照顺时针方向转过角时，若假设工件不动，则相当于铣刀从第一位置旋转到第二位置，第一位置和第二位置对应的铣刀底刃相交于A点；正交车铣切屑的形成可以看作是铣刀在第一位置、第二位置处和工件相交的区域；铣刀位于第一位置和第二位置时，铣刀侧刃与工件形成轮廓分别相交于B点和C点，第一位置和第二位置对应的铣刀侧刃相交于D点；A、B、D三点在y_w轴上的值分别为：A_y、B_y、D_y；

步骤三：判断正交车铣不同切屑类型

通过A点的位置，即A_y≥B_y、D_y≤A_y<B_y和A_y<D_y三种情况，可以判断正交车铣切屑不同的形状特征；具体分析如下：

(1)A_y≥B_y情况下，只有铣刀侧刃进行切削，故正交车铣切屑的形成只和铣刀侧刃有关、和铣刀底刃无关；

(2)D_y≤A_y<B_y情况下，铣刀侧刃和底刃都进行切削，故正交车铣切屑的形成和铣刀侧刃、底刃都有关系；

(3)A_y<D_y情况下，底刃参与切削且形成的切屑体积相对于前两种情况明显增大；

步骤四：对正交车铣不同切屑类型的数学建模

41)正交车铣A_y≥B_y情况下的切屑形状建模

A_y≥B_y情况下，以工件端面中心建立坐标系O_w-x_wy_wz_w，以刀具第二位置时的铣刀圆心为基准点，以该位置时的铣刀水平轴为切入/切出角的起始基准轴；其中，使用表示铣刀从C点切入工件对应的切入角，使用表示从B点切入工件对应的切入角，使用表示从D点切出工件对应的切出角，使用表示铣刀第i个刀齿的瞬时接触角，使用表示铣刀旋转到角度时侧刃对应的切屑厚度，使用表示铣刀旋转到角度时侧刃对应的切屑深度；

对应于和两种不同的切屑截面变化状态，A_y≥B_y情况下正交车铣切屑的切入/切出角度、切屑深度和切屑厚度建模如下：

(1)正交车铣切屑的切入/切出角

正铣刀切削产生切屑的角度范围是：可得：

(2)正交车铣切屑的切屑厚度

铣刀从点C切入工件到达B点，然后再从B点运动到D切出工件，这两段运动过程对应的切屑厚度数学模型通过下式确定：

(3)正交车铣切屑的切屑深度

切屑深度数学模型为：

42)正交车铣D_y≤A_y<B_y情况下的切屑形状建模

使用表示铣刀侧刃从C点切入工件对应的切入角，使用表示铣刀侧刃也是铣刀底刃从B点切入工件对应的切入角，使用和表示铣刀底刃切出工件对应的两个切出角，使用表示铣刀侧刃从D点切出工件对应的切出角；

是铣刀第i个刀齿的瞬时接触角，是铣刀旋转到角度时侧刃对应的切屑厚度，是铣刀旋转到角度时侧刃对应的切屑深度；是铣刀旋转到角度时底刃对应的切屑厚度，是铣刀旋转到角度时底刃对应的切屑深度；

对应于和四种不同的切屑截面变化状态，D_y≤A_y<B_y情况下正交车铣切屑的切入/切出角度、切屑深度和切屑厚度建模如下：

(1)正交车铣切屑的切入/切出角

铣刀侧刃切削产生切屑的角度范围是：铣刀底刃切削产生切屑的角度范围是：其切入/切出角的数学模型如下：

(2)正交车铣切屑的切屑厚度

铣刀侧刃和底刃形成的切屑厚度的数学模型如下所示：

(3)正交车铣切屑的切屑深度

当铣刀旋转到瞬时接触角时，侧刃和底刃对应的切屑深度数学模型为：

43)正交车铣A_y<D_y情况下的切屑形状建模

在铣刀位第一位置时，铣刀底刃与工件圆柱表面分别相交于点E、E’；铣刀位于第二位置时，铣刀底刃与工件圆柱表面相交于分别相交于点F、F’；表示铣刀侧刃从F点切入工件对应的切入角，表示铣刀侧刃从F’点切入工件对应的切入角，表示铣刀侧刃从E点切入工件对应的切入角，表示铣刀侧刃从E’点切入工件对应的切入角；对应于和六种不同的切屑截面变化状态，A_y<D_y情况下正交车铣切屑的切入/切出角度、切屑深度和切屑厚度建模如下：

(1)正交车铣切屑的切入/切出角

切入/切出角的数学模型如下：

(2)正交车铣切屑的切屑厚度

铣刀侧刃和底刃形成的切屑厚度的数学模型如下所示：

(3)正交车铣切屑的切屑深度

当铣刀旋转到瞬时接触角时，侧刃和底刃对应的切屑深度数学模型为：