[发明专利]一种五轴侧铣加工过程中瞬时未变形切屑厚度计算方法

说明书

一种五轴侧铣加工过程中瞬时未变形切屑厚度计算方法，该方法首先建立工件坐标系，确定当前参与切削刀刃的刀具圆柱运动方程，以及之前各刀刃对应的刀具圆柱位置；再建立刀具坐标系，将刀刃沿轴向离散成微元，考虑刀具偏心作用，确定各刀刃微元点在刀具坐标系下的坐标；建立坐标变换矩阵，将刀具坐标系下的各点坐标转换到工件坐标系下；将切屑厚度的计算问题转变为计算某一定点的直线与已知曲面的交点问题。本发明充分考虑了刀具的轴向偏心与径向偏心，所提供的计算方法能够高精度、高效率地计算五轴侧铣加工过程中的瞬时未变形切屑厚度，解决了现有方法在使用过程中预测精度差和计算效率低的问题，为计算切削力提供了基础。

技术领域

本发明涉及一种五轴侧铣加工过程中瞬时未变形切屑厚度计算方法，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。

技术背景

切削力是切削过程中的重要物理参数,是金属切削过程中必不可少的重要因素，切削力的不稳定不仅可能造成刀具的折断、崩刃、欠切、过切等现象，也会对工件表面质量产生影响。而切削力模型是加工状态物理仿真研究的基础，通过切削力模型预测不同加工条件下的切削力，为进一-步优化切削参数、预测切削系统振动、监控刀具磨损和破损、进行加工误差分析提供理论依据，因此建立合理的切削力模型对研究切削机理和指导实际切削加工具有重要意义。

但在实际数控加工中，由于刀具存在制造与安装的误差，所以在切削过程中不可避免的存在径向偏心和轴向偏心，使切削力产生波动，容易产生过切、欠切等现象，影响加工精度及表面质量。因而准确计算刀具跳动时的未变形切屑厚度成为了重中之重。

文献1“Xing Z,Jun Z,Bo P,WanHua Z.An accurate prediction method ofcutting forces in 5-axis flank milling of sculptured surface[J].InternationalJournal of Machine ToolsManufacture,2016,104(2016):26-36.”公开了一种五轴机床的切削力高精度预测方法，包括了一种对瞬时未切屑厚度的计算方法。并通过仿真切削力与实测切削力的对比，验证了该方法的有效性。然而该方法在计算瞬时未切屑厚度时运用了迭代求解的思想，使求解速率降低。

文献2“Qiang G,Bo Z,Yan J,Wu Z.Cutting force modeling for non-uniformtools base on compensated chip thickness in five-axis flank milling process[J].Precision Engineering,2018,51(2018):659-681.”公开了一种五轴机床的切削力高精度预测方法，包括一种对瞬时未变形力厚度的计算方法。并通过仿真切削力与实测切削力对比，验证了该方法的有效性。相比文献1，文献2的计算速率有明显提高，然而该方法没有考虑刀具偏心，使得计算结果与实际情况不符。

为了提高切削力预测的运算速度，同时考虑到实际加工情况。本发明在考虑刀具轴向偏心和径向偏心的情况下，设计了一种数形结合的方法对切屑厚度进行了准确地计算，解决了加工过程中切屑厚度的计算问题。本发明所提供的计算方法能够高精度地计算切屑厚度，并为计算切削力提供了基础。

在保证计算精度的前提下，为了提高铣削力预测中切屑厚度的计算速率，同时考虑存在刀具偏心的实际条件，本发明提供了一种五轴侧铣加工过程中瞬时未变形切屑厚度计算方法。

本发明是通过如下技术方案实现的:

一种五轴侧铣加工过程中瞬时未变形切屑厚度计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立工件坐标系，确定当前参与切削刀刃的刀具圆柱位置坐标，以及之前各刀刃对应的刀具圆柱位置坐标: