[发明专利]一种复杂曲面铣削热分析方法

说明书

本发明一种复杂曲面铣削热分析方法属于复杂曲面零件高质高效铣削加工技术领域，涉及一种复杂曲面铣削热分析方法。该方法基于复杂曲面几何特征及球头铣刀三轴立铣，建立加工过程瞬时参量的计算方法，确定复杂曲面不同加工过程瞬时参量与加工工艺参数之间的映射关系。通过微调精加工余量，确定加工过程瞬时参量保证恒定的刀位点调整量求解方法。根据求解的复杂曲面加工轨迹曲线任意位置处的刀位点调整量对刀具加工轨迹进行再规划，通过改变不同加工过程瞬时参量进行多次加工试验实现难加工金属材料复杂曲面铣削热分析。该方法实现了难加工金属材料复杂曲面精加工余量的合理分配，对抑制刀具磨损、提高零件表面加工完整性具有重要意义。

技术领域

本发明属于复杂曲面零件高质高效铣削加工技术领域，具体涉及一种复杂曲面铣削热分析方法。

背景技术

复杂曲面零件在航空航天、汽车、船舶及模具等工业领域应用广泛。铣削加工具有生产率高、应用范围广等优点，是加工复杂曲面零件的首选加工方法。针对难加工金属材料复杂曲面零件，铣削加工过程中由于加工轨迹曲线几何特征变化，导致瞬时切削量不断变化，致使复杂曲面铣削热剧烈波动，极易加剧刀具磨损、影响零件表面完整性，进而影响零件的服役性能。鉴于加工工艺参数直接影响铣削热，关于影响铣削热的工艺参数相关研究是铣削加工领域研究的热点和难点，且缺乏针对难加工金属材料复杂曲面零件铣削热验证试验。由此，亟需一种复杂曲面铣削热分析方法，以提高复杂曲面零件加工质量。赤泽浩一等人的专利公开号CN105873703B的“切削加工中的切削条件的设计法”，该专利利用包括切削加工器具的进给速度、轴心方向的进刀量、径向的进刀量以及切削速度在内的设计参数计算切削加工器具的挠曲量，并基于切削加工器具是否产生颤振计算最大切割厚度，从而得到所述切削加工器具的切削温度。然而，该方法设计的切削加工条件仅应用于加工单一形状的工件，且未考虑工件几何因素对切削温度的影响，具有较大局限性。V.S.Kaushik等人的文献“Optimization of processes parameters on temperature rise in CNC endmilling of Al 7068using hybrid techniques”，Materials Today:Proceedings，2018，5(2)，7037-7046，该文献利用响应面法和遗传算法的混合技术，研究了采用不同切削速度、每齿进给量和轴向切削深度等工艺参数条件下铝合金7068切削温度的变化规律。然而，该方法仅考虑了工艺参数对切削温度的影响，未对因曲面几何特征改变而加工工艺参数产生变化时的工艺参数对切削温度作用规律进行研究，具有一定局限性。

发明内容

本发明针对现有技术缺陷，发明了一种复杂曲面铣削热分析方法。该方法基于复杂曲面几何特征，建立加工工艺参数：切削深度、切削速度、每齿进给量与加工过程瞬时参量：瞬时切削面积、最大有效切削半径、最大未变形切削厚度间的关联关系，通过微调精加工余量再规划复杂曲面加工路径，从而确保加工过程瞬时参量恒定，使得难加工金属材料复杂曲面铣削热均匀化，据此通过改变不同加工过程瞬时参量进行多次复杂曲面铣削加工试验，探究曲面几何特征与加工工艺参数协同作用下复杂曲面铣削热的变化规律。该方法实现了难加工金属材料复杂曲面精加工余量的合理分配，对抑制刀具磨损、提高零件表面加工完整性具有重要意义。

本发明的技术方案是一种复杂曲面铣削热分析方法，其特征在于，该方法首先基于复杂曲面几何特征及球头铣刀三轴立铣，建立加工过程瞬时参量的计算方法，确定复杂曲面不同加工过程瞬时参量与加工工艺参数之间的映射关系；其次，根据复杂曲面几何特征及铣削过程中加工工艺参数，通过微调精加工余量，确定加工过程瞬时参量保证恒定的刀位点调整量求解方法；最后，根据求解的复杂曲面加工轨迹曲线任意位置处的刀位点调整量对刀具加工轨迹进行再规划，确保单次走刀过程中瞬时切削面积、最大有效切削半径和最大未变形切削厚度等加工过程瞬时参量的恒定，通过改变不同加工过程瞬时参量进行多次加工试验实现难加工金属材料复杂曲面铣削热分析。方法的具体步骤如下：

步骤1：复杂曲面加工过程瞬时参量与加工工艺参数之间的函数关系