[发明专利]一种涂层铣刀稳定性分析方法及系统

说明书

本发明提供了一种涂层铣刀稳定性分析方法及系统，包括：将工件、机床统一为一体化结构，铣刀设定为弹性元件，建立弹簧‑阻尼系统；根据弹簧‑阻尼系统，采集铣刀与工件在切削过程中的相对力学关系；获取切削过程中，铣刀对工件的切削厚度与切削力之间的动态关系；建立仿真模型，获取铣刀运行情况与受力关系。本发明通过改变控制因素来控制切削稳定性，最大限度地提高加工效率及加工质量，提出高效稳定切削加工的参数组合，并进行了切削试验验证，为高硬度淬硬钢模具加工工艺优化提供借鉴和参考，对于提高涂层铣刀的性能，进而实现高效率高精度淬硬钢模具加工具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种铣刀稳定性分析控制方法，特别是涉及一种涂层铣刀稳定性分析方法及系统。

背景技术

模具材料多为高硬度的淬硬性塑料模具钢，多采用高速加工技术进行加工制造。与传统电加工方法相比，高速加工效率可提高4-6倍，加工精度高，表面无变质层和微裂纹，热变形小。随着科技的发展和人们需求的提高，模具零件的加工精度也得到不断地提高，但机床-铣刀系统还会周期性地出现破坏正常切削的颤振现象。模具钢的高速切削加工是以稳定切削为前提条件的，颤振会干扰和破坏切削过程的正常运行，使工件加工表面出现刀痕和振纹，增大表面粗糙度值，降低零件精度，严重时将使切削过程无法进行，导致工件报废并损坏机床加工系统，进一步限制切削加工选择用量的提高，这将降低切削加工的生产效率，造成巨大的设备折旧浪费，无法发挥高速切削技术的优势；颤振产生的振动噪声将使工作环境受到污染，损害工人的身心健康。

在高硬度淬硬钢进行切削制造过程中，切削系统的动态特性受到机床动、静刚度、热特性、切削参数、铣刀与工件的材料特性和润滑冷却条件等因素的影响，特别是在采用高速切削加工技术时，系统的振动更加明显。对模具钢硬态切削过程中的振动进行抑制和避免是实施硬态切削技术的关键技术问题之一。目前，在国内外已有的研究中鲜有硬态切削过程涂层铣刀对高硬度淬硬钢切削稳定性问题的研究。颤振导致的不稳定切削制约了硬态切削优越性的发挥，严重阻碍模具企业对硬态切削加工高硬度模具钢技术的发展和推广。

发明内容

本发明提供了一种涂层铣刀稳定性分析方法及系统，以对铣刀运行过程中受力情况进行有效分析，方便使用者对铣刀的性能改进。

本发明提供了一种涂层铣刀稳定性分析方法及系统，包括：

将工件、机床统一为一体化结构，铣刀设定为弹性元件，建立弹簧-阻尼系统；

根据弹簧-阻尼系统，采集铣刀与工件在切削过程中的相对力学关系；

获取切削过程中，铣刀对工件的切削厚度与切削力之间的动态关系；

建立仿真模型，获取铣刀运行情况与受力关系。

进一步地，所述弹簧-阻尼系统为包括x、y、z三个相互垂直自由度的弹簧-阻尼系统。

更进一步地，所述相对力学关系至少包括模态质量、模态阻尼、模态刚度中的一种或多种

更进一步地，所述根据弹簧-阻尼系统，采集铣刀与工件在切削过程中的相对力学关系包括：

设定铣刀的齿数为N，以n的角速度绕主轴轴线旋转，进给方向沿着x轴的方向，建立铣刀刀尖与工件触发的接触力的数学模型；

其中，x、y、z分别为铣刀相对工件在三个垂直方向上的位移，F为铣刀所受力，获取铣刀在x、y、z方向上的模态质量、模态阻尼和模态刚度。

更进一步地，所述获取切削过程中，铣刀对工件的切削厚度与切削力之间的动态关系包括：

设定铣刀直径为D，齿数为N，角速度为n，确定铣刀刀齿径向角度随时间的变化值；

根据铣刀刀齿径向角度变化确定切削力随时间的变化值；