[发明专利]一种不等齿距铣刀的齿间角确定方法

说明书

本发明公开一种不等齿距铣刀的齿间角确定方法。该方法包括：对铣削加工过程建立铣削加工动力学模型；针对工件材料及结构确定刀具类型，进而进行切削力系数辨识试验得到切削力系数；对刀具材料、刀具结构、加工悬长、装夹方式相同的刀具进行模态试验得到模态参数；利用半离散法在时域上对模型进行稳定性判定并获得在加工参数、切削力系数和模态参数下的铣削稳定性极限图；基于铣削稳定性极限图确定模型的特征乘子，求解出颤振频率；根据颤振频率对铣削加工动力学模型进行频域分析，对铣削加工的稳定性进行判别得到稳定性判别依据；根据稳定性判别依据确定不等齿距铣刀的齿间角。本发明能够快速准确地确定可用于高稳定性加工的刀具齿间角分布。

技术领域

本发明涉及铣削领域，特别是涉及一种不等齿距铣刀的齿间角确定方法。

背景技术

铣削加工是先进制造技术中心最重要的基础技术之一，已成为21世纪先进制造技术的重要组成部分，被广泛应用于航空航天、汽车模具、能源等众多领域。铣削颤振是铣削加工过程中发生的一种自激振动现象。铣削颤振会恶化工件表面质量，在工件表面留下大量振纹，需要手工打磨去除，严重影响加工效率。发生严重颤振时甚至会损坏刀具，使得加工无法正常进行，大大延长产品的生命周期。

不等齿距铣刀是抑制颤振，提高加工稳定性的一种有效方法。它通过改变切削控制方程中的时滞项，破坏再生效应，进而提高系统的稳定性，抑制颤振的发生。不等齿距铣刀是各齿间角不全部相等的铣刀。图1为等齿距铣刀与不等齿距铣刀的结构对比图。对于不等齿距铣刀的齿间角的确定，大多通过试凑并利用数值计算，获取Lobe图来比较变齿距刀具是否有效。然而采用这种方法较为繁琐，效率比较低，并且通过试凑法所获取的齿间角分布不够准确，并不一定是最佳方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种不等齿距铣刀的齿间角确定方法，能够快速准确地确定可用于高稳定性加工的刀具齿间角分布。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种不等齿距铣刀的齿间角确定方法，包括：

对铣削加工过程进行建模，得到铣削加工动力学模型；

针对不同的工件材料及结构，确定所适配的刀具类型，进而进行切削力系数辨识试验，得到用于铣削加工动力学分析的切削力系数；

对刀具材料、刀具结构、加工悬长、装夹方式相同的刀具进行模态试验，得到铣削加工动力学分析的模态参数；

对所述铣削加工动力学模型进行时域分析，利用半离散法确定在已知所述关键参数和所述模态参数下的铣削稳定性极限图；

基于所述铣削稳定性极限图确定所述铣削加工动力学模型的特征乘子，并求解出颤振频率；

根据所述颤振频率对所述铣削加工动力学模型进行频域分析，并对铣削加工的稳定性进行判别，得到稳定性判别依据；

根据所述稳定性判别依据确定不等齿距铣刀的齿间角。

可选的，所述对铣削加工过程进行建模，得到铣削加工动力学模型，具体包括：

将刀具沿轴向方向划分为多个微元，确定各刀齿在不同轴向位置处的瞬时方位角；

基于所述瞬时方位角计算在不同轴向位置处沿切向和径向的微元切削力；

分别对切向和径向的微元切削力进行叠加，得到铣削加工动力学模型。

可选的，所述针对不同的工件材料，确定所适配的刀具类型，进而进行切削力系数辨识试验，得到用于铣削加工动力学分析的切削力系数，具体包括：

根据工件材料及结构，确定与所述工件材料适配的刀具的类型；

对所确定的刀具的类型进行变进给量槽铣试验，试验过程保证轴向切深和转速不变，从而得到铣削加工动力学分析的切削力系数。