[发明专利]一种振动作用下的铣刀动态切削力模型构建与验证方法

说明书

一种振动作用下的铣刀动态切削力模型构建与验证方法，属于铣刀技术领域，本发明为了解决已有关于切削力建模的研究，不能揭示刀齿铣削微元瞬时切削力的分布及其变化特性，不能揭示刀齿与刀齿之间瞬时切削力关系，无法准确反映出切削力的动态变化过程的问题。步骤a，对铣刀瞬时切削行为求解；步骤b，对振动作用下的单齿切削边界条件求解；步骤c，建立铣刀刀齿瞬时切削层参数模型并计算；步骤d，建立铣刀刀齿瞬时切削力模型并求解；步骤e，完成铣刀动态切削力模型的构建与验证。本发明的一种振动作用下的铣刀动态切削力模型构建与验证方法能准确反映切削过程中切削力的动态变化的动态切削力模型，对动态切削力预测模型进行三重验证。

技术领域

本发明涉及铣刀动态切削力模型构建与验证方法，具体涉及一种振动作用下的铣刀动态切削力模型构建与验证方法，属于铣刀技术领域。

背景技术

切削过程中振动会导致切削行为不断发生改变，引起切削层参数的不断变化，导致切削力频繁变动，从而引起铣削过程中的切削载荷发生变化，最终引起刀具磨损和加工表面质量降低。同时，振动与切削力产生交互作用，并随着切削的进行，这种交互作用不断加强，最终导致切削失稳。为了深入揭示振动与切削力的交互作用关系、控制铣削稳定性、提高工件加工质量和加工效率，需要构建铣刀动态切削力模型。已有的铣削力建模方法主要有三种，分别是经验公式模型、理论公式模型以及机械模型。

经验公式模型是通过一组铣削力系数来描述铣削力与铣削参数之间的关系。通过同类型的不同材料与几何参数的刀具，在不同切削条件下铣削不同材质的工件，获得大量的切削力实验数据，通过曲线拟合确定待定系数。经验公式模型必须依赖于大量的铣削试验，只适用于刀具材料、角度和工件材料等固定条件下的铣削力预测，通用性能较差，不能反映出切削力的动态变化过程。

理论公式模型是通过材料力学推导出的切削力理论公式，能够反映出切削力的各个影响因素之间的内在联系，有利于分析问题，但其在推导过程中简化了许多条件，与真实情况相差较大，且计算繁杂，一般不用于瞬态切削力的求解。

机械模型是通过刀具几何参数和切削参数，建立切削厚度计算模型，将切削力视为切削面积与单位切削力的乘积。切削力的机械模型可以揭示切削过程中的切削力的动态变化过程，预测精度高，利用程序仿真再现简单，因此机械模型相对应用较为广泛。已有的机械模型主要采用瞬时未变形切削厚度来解算切削力，不能揭示铣刀刀齿瞬时切削力的分布及其变化特性，不能揭示刀齿与刀齿之间的瞬时切削力关系，所以无法准确反映出切削力的动态变化过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种振动作用下的铣刀动态切削力模型构建与验证方法，以解决已有关于切削力建模的研究，只考虑了切削力对铣削振动的影响的问题。

一种振动作用下的铣刀动态切削力模型构建与验证方法，包括以下步骤：

步骤a，对铣刀瞬时切削行为求解；

步骤b，对振动作用下的单齿切削边界条件求解；

步骤c，建立铣刀刀齿瞬时切削层参数模型并计算；

步骤d，建立铣刀刀齿瞬时切削力模型并求解；

步骤e，完成铣刀动态切削力模型的构建与验证。

优选的：步骤a中对铣刀瞬时切削行为求解包括以下步骤：

步骤a1，构建铣削振动和刀齿误差影响下的刀齿瞬时接触关系模型；

步骤a2，根据步骤a1建立刀尖切削运动轨迹模型，该模型反映了铣削钛合金过程中刀尖受到铣削振动的影响，产生位移增量，从而使刀尖实际切削运动轨迹发生变化状态；

步骤a3，铣削振动造成铣刀整体发生了偏转，从而使铣刀相对于初始状态形成一个姿态夹角增量，根据步骤a1建立铣刀瞬时切削姿态模型，该模型反映铣刀偏转前后的姿态变化；