[发明专利]一种无侧刃后角微细PCD铣削刀具切削力建模方法

权利要求书

1.一种无侧刃微细PCD铣削刀具切削力建模方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、建立刀具坐标系；

S2、定义任意时刻刀具切削刃上一点P的微元径向力dF_rj、微元切向力dF_tj和微元轴向力dF_aj以及后刀面的径向磨削力dF_nj和切向磨削力dF_fj；

S3、确定铣削刀具切入角和切出角；

S4、建立直角坐标系下铣削刀具X、Y和Z方向的微元切削力表达式；

S5、确定切削刃与工件接触状态；

S6、通过数值积分得到铣削刀具X、Y和Z方向切削力模型。

2.根据权利要求1所述的一种无侧刃微细PCD铣削刀具切削力建模方法，其特征在于所述步骤S1中建立刀具坐标系是以X轴正方向为进给方向，Z轴正方向为刀具轴线方向，Y轴正方向为遵循右手笛卡尔直角坐标系的方向。

3.根据权利要求2所述的一种无侧刃微细PCD铣削刀具切削力建模方法，其特征在于所述步骤S2中定义的任意时刻刀具各方向切削力微元表达式如式(1)所示，

其中，k_t、k_r、k_a、k_f、k_n分别为微元切削力dF_tj、dF_rj、dF_aj、dF_fj和dF_nj的切削力系数；为切削刃j在截面z上一点的瞬时切削厚度；dz为切削刃高度在Z方向的微元增量；为刀具旋转角度，ω为刀具角速度，因此φ_j(z)为刀具后刀面接触角度；

φ_j(z)表达式如式分别为：

其中，f_z为切削过程的每齿进给量，为切削刃j在截面z上一点起始于Y轴正向切入角的旋转角度，为切入角,为切出角，θ为后刀面宽度角；

的表达式如下：

其中，为齿间夹角，根据刀具的刃数确定其数值；j为齿数系数，若齿数为2，则j取0或1；k_β为滞后后角系数；z为切削刃高度；

滞后角系数k_β可表示式(5)：

k_β＝tanβ/R (5)

其中，β为刀具螺旋角，R为刀具半径。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种无侧刃微细PCD铣削刀具切削力建模方法，其特征在于所述步骤S3的切入角和切出角的确定主要与刀具半径R和径向切削深度a_e有关，根据逆铣和顺铣两种加工方式，可将切入切出角的计算分为两种情况，其中刀具进给方向均为X轴正方向，刀具转动方向为XY平面内顺时针方向，

当刀具进行逆铣加工时，切入角由几何关系可得：

即：切出角

当刀具进行顺铣加工时，切出角由几何关系可得：

即：切入角

5.根据权利要求4所述的一种无侧刃微细PCD铣削刀具切削力建模方法，其特征在于所述步骤S4的建立直角坐标系下刀具各个方向的微元切削合力是通过坐标转换得到的，X、Y和Z方向切削力微元转换到直角坐标系中的切削合力微元表达式为：

进一步地，将式(1)、(2)、(3)代入(8)、(9)、(10)得：

6.根据权利要求5所述的一种无侧刃微细PCD铣削刀具切削力建模方法，其特征在于所述步骤S5中可以根据刀具螺旋角β、轴向切削深度a_p、径向切削深度a_e以及刀具半径R的几何关系，判断切削刃在切削过程中与工件的接触状态。