[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

说明书

本发明属于微细刀具加工技术领域，提出了一种无侧刃后角微细PCD铣削刀具切削力建模方法，主要步骤包括：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。该模型可以实现不同主轴转速、进给速度以及径向切深下铣削刀具切削力预测，进而可以对主轴转速、进给速度和径向切深进行优选，从而达到降低刀具磨损、提高加工效率和加工质量的目标。

技术领域

本发明涉及一种刀具切削力建模方法，具体涉及一种无侧刃微细PCD铣削刀具切削力建模方法，属于微细刀具加工技术领域。

背景技术

随着先进制造业的快速发展，工业产品逐渐趋于微型化，微小零件越来越广泛地应用在航空、航天、动力、电子、精密仪器等领域。微细铣削等先进制造技术是制造微小零件的主要方法，然而这些微小零件多采用硬质合金、陶瓷(氧化锆)、钛合金、碳纤维/金属基复合材料、高硅铝合金和易粘附刀具的有色金属等材料，这些材料在加工过程中极易造成刀具磨损失效等问题，进而影响工件加工效率和加工质量。

梁志强等人专利申请号为202011538959.2针对上述加工难题，提出了一种无侧刃微细PCD铣削刀具，采用0°侧刃后角的结构，既保留了传统的端刃、侧刃结构，通过锋利的切削刃实现材料的高效去除，又充分利用刀具后刀面PCD材料中的金刚石颗粒对加工表面进行一定程度的磨削加工，利用铣磨复合加工的方法来提高工件的加工质量。在实际加工中，铣削刀具切削刃与工件的相互作用是一个快速、复杂的变化过程，且其受力变化是其它一切物理量变化的根源。目前，缺乏对无侧刃微细PCD铣削刀具的切削力建模研究，难以对加工过程进行有效的控制及采用最佳的加工工艺和工艺参数。因此，针对零后角微细PCD铣磨特性刀具，研究铣削刀具切削力建模方法，进行对加工工艺和工艺参数进行实时调控，对提高加工效率和加工质量具有重要作用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述的铣削刀具切削力预测方法，提出了一种无侧刃微细PCD铣削刀具切削力建模方法。

实现本发明的技术方案如下：一种无侧刃微细PCD铣削刀具切削力建模方法，其特点在于包括以下步骤：

步骤S1、建立刀具坐标系

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。

步骤S2、建立切削力微元表达式

定义任意时刻刀具与工件接触的切削刃j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以及后刀面径向磨削力dF_nj和后刀面切向磨削力dF_fj，将磨削力定义为与接触角度φ_j有关的函数，磨削力作用位置定义为接触角度的角平分线与后刀面的交点上，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；为刀具的旋转角度，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：