[发明专利]一种高效铣刀累积摩擦磨损边界识别与验证方法

权利要求书

1.一种高效铣刀累积摩擦磨损边界识别与验证方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤A：提出高效铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界测量与表征方法，构建铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界测量坐标系，在与刀齿切削刃中点切平面相平行的测量坐标系平行平面上表征刀齿后刀面摩擦磨损边界的形状和位置；

所述步骤A，还包括以下步骤：

步骤A1：振动作用下高效铣刀的铣削方式：在工件坐标系中，利用铣刀坐标系的偏置和振动作用下铣刀切削状态反映铣削振动对高效铣刀切削过程的影响；

步骤A2：根据高效铣刀结构特点，确定铣刀刀齿误差及其后刀面摩擦磨损边界测量方法；

步骤A3：利用铣削振动与刀齿误差影响下的工件坐标系、铣刀坐标系、刀齿坐标系和后刀面摩擦磨损边界测量坐标系之间的关系矩阵，反映铣削振动与刀齿误差对刀齿后刀面与工件瞬时接触关系的影响；

步骤A4：通过在刀齿后刀面磨损边界测量坐标系中依次度量出刀齿后刀面摩擦磨损边界端点和拐点，构建铣刀刀齿后刀面摩擦磨损上下边界曲线，确定刀齿后刀面摩擦磨损边界；

步骤B：将铣削方式、铣削振动、刀齿误差和不同层待加工表面差异性考虑为仿真边界条件，提出高效铣刀轴向分层铣削仿真模型及边界条件构建方法；

步骤C：利用高效铣刀轴向分层铣削仿真模型进行高效铣刀轴向分层铣削热力耦合场仿真，并提取铣刀刀齿后刀面瞬时温度、等效应力、等效应变分布场，根据铣刀刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界形成过程，提出刀齿后刀面瞬时摩擦磨损仿真边界识别方法；

步骤D：根据步骤C获取不同时刻刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界，分析刀齿后刀面累积摩擦磨损边界形成过程，提出铣刀刀齿后刀面累积摩擦磨损仿真边界解算方法，并计算通过仿真和实验获得的铣刀刀齿后刀面累积摩擦磨损边界曲线灰色关联度和平均相对误差，验证铣刀刀齿后刀面累积摩擦磨损边界解算方法的正确性。

2.如权利要求1所述的一种高效铣刀累积摩擦磨损边界识别与验证方法，其特征在于：所述步骤B，还包括以下步骤：

步骤B1：将铣削方式、刀齿误差、铣削振动和不同层待加工表面差异性考虑为仿真边界条件，设计高效铣刀轴向分层铣削仿真模型整体结构，确定并解算仿真模型设计变量；

步骤B2：仿真模型铣削单元构建，求解振动作用下铣刀运动轨迹和瞬时切削姿态角，确定铣削单元横截面模型，考虑铣削振动和刀齿误差构建铣削单元；

步骤B3：在仿真过程中，根据轴向分层铣削实验中振动作用下的铣刀运动轨迹，确定铣刀运动轨迹点的离散时间间隔，对仿真过程中振动作用下的铣刀运动轨迹点进行解算。

3.如权利要求2所述的一种高效铣刀累积摩擦磨损边界识别与验证方法，其特征在于：所述步骤C，还包括以下步骤：

步骤C1：通过高效铣刀轴向分层铣削仿真模型进行热力耦合场仿真，提取铣刀刀齿后刀面任意瞬时切削等效应力场、等效应变场、温度场分布情况；

步骤C2：提取铣刀刀齿后刀面不同位置处节点等效应力、等效应变和温度数值，构建刀齿后刀面等效应力、等效应变、温度分布曲面，平行于刀齿后刀面投影面上切削刃中点法矢量方向过切削刃上节点依次作垂直于分布曲面的截平面，并构建所有刀齿后刀面不同位置处截平面上节点等效应力、等效应变、温度分布曲线；

步骤C3：采用一元高次多项式依次拟合刀齿后刀面各截平面处等效应力、等效应变和温度分布曲线，通过求导得节点变化率分布曲线；

步骤C4：以刀齿材料屈服强度为判据，识别出所有截平面上等效应力大于且最接近于屈服的临界特征节点在刀齿后刀面摩擦磨损测量坐标系中，不同位置处截平面上特征点共同构成刀齿后刀面瞬时摩擦磨损仿真上边界；

步骤C5：依次识别出刀齿后刀面各截平面处温度、等效应力、等效应变变化率发生明显突变的节点，以突变节点为特征点，在刀齿后刀面摩擦磨损边界测量坐标系中，构建刀齿后刀面上节点温度、等效应力、等效应变突变特征曲线，节点温度、等效应变、等效应力突变特征曲线共同形成的最外侧轮廓构成刀齿后刀面瞬时摩擦磨损仿真下边界。

4.如权利要求1所述的一种高效铣刀累积摩擦磨损边界识别与验证方法，其特征在于：所述步骤D，还包括以下步骤：

步骤D1：通过不同铣削时刻刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界曲线，以累积摩擦磨损下边界曲线为例，提出铣刀刀齿后刀面累积摩擦磨损边界解算方法；

步骤D2：设计刀齿后刀面累积摩擦磨损上下边界仿真与实验对比方案，采用铣刀刀齿后刀面累积摩擦磨损边界曲线解算方法，构建铣刀刀齿后刀面累积摩擦磨损仿真上下边界曲线，将实验摩擦磨损上下边界曲线与仿真上下边界曲线进行对比；

步骤D3：计算仿真与实验累积摩擦磨损边界曲线之间的灰色关联度值和平均相对误差，分析仿真与实验累积摩擦磨损边界曲线之间形状相似度和位置重合度，验证累积摩擦磨损边界解算方法的正确性。