[发明专利]一种基于材料塑性本构的槽加工铣削力预测方法

说明书

本发明公开了一种基于材料塑性本构的槽加工铣削力预测方法，包括以下步骤：步骤一、根据高速铣削试验中采用的铣刀切削刃几何结构、加工几何参数确定在柱坐标下铣削位置θ处作用于切削刃上的铣削力，步骤二、柱坐标下铣削力模型(1)转换为笛卡尔坐标系下的铣削力分量，步骤三、由斜交切削力模型，根据切削工艺几何参数确定铣削力模型(4)中剪切力系数。引入的材料本构模型到切削力预测模型具有一般通用性，适用于所有材料的槽铣削加工，应用热力耦合效应的铣削力模型，并综合考虑不同铣刀几何结构对铣削剪切力和犁切力的影响，提供了铣削力预测的可靠性，解决了缺乏材料属性相关的内在变量，不具备通用性问题。

技术领域

本发明属于槽铣削加工技术领域，具体涉及一种基于材料塑性本构的槽加工铣削力预测方法。

背景技术

铣削力关系到切铣削过程中能量消耗和铣削工艺系统的变形，而且对加工表面质量、刀具磨破损等都有直接的影响，是研究高速切削下材料切削性能的一个重要参数，由于高速切削相比于普通切削状态下材料的变形和温度历史有显著的不同，因此其切削力也呈现不同的变化趋势，在高速切削条件下，加工速率高，升温速度快，导致摩擦系数和流动应力都变小，切屑变形系数降低，因此在铣削力的建模中，需要考虑材料变形状态，特别是热力耦合效应，这对于准确预测铣削力是非常重要的。

以往的铣削力模型中，仅考虑了切削工艺参数、刀具几何参数和一些通过试验确定的切削常量来表征铣削力模型，尽管这在一定程度上能够预测针对特定的材料给出可行的预测精度，但缺乏材料属性相关的内在变量，不具备通用性，在铣削力的建模中，需要考虑材料塑性变形状态，特别是热力耦合效应，这对于准确预测铣削力是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于材料塑性本构的槽加工铣削力预测方法，以解决现有技术中存在的缺乏材料属性相关的内在变量，不具备通用性问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于材料塑性本构的槽加工铣削力预测方法，包括以下步骤：

步骤一、根据高速铣削试验中采用的铣刀切削刃几何结构、加工几何参数确定在柱坐标下铣削位置θ处作用于切削刃上的铣削力；

其三个铣削力分量：切向力F_tk(θ)，径向力F_rk(θ)和轴向力F_ak(θ) 分别表示为

(1)

其中，K_tc、K_rc和K_ac分别为切向、径向和轴向方向的剪切力系数，K_te、K_re和K_ae分别为切向、径向和轴向方向的犁切力系数，t_cj(θ)是瞬时切削厚度，；

根据公式(1)可计算在铣削转角θ处的瞬时切削厚度t_cj(θ)