[发明专利]一种考虑主轴热误差和刀具跳动的切削力模型建模方法

权利要求书

1.一种考虑主轴热误差和刀具跳动的切削力模型建模方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)建立理想条件下的切削力理论模型；

2)考虑刀具跳动，求解由刀具跳动导致的刀轴偏移距离ρ和刀轴偏移角度φ_ro；

3)考虑主轴热误差，以热平衡状态下的主轴热误差修正刀轴偏移距离ρ和刀轴偏移角度φ_ro，得到修正后的刀轴偏移距离ρ₁和刀轴偏移角度φ_r1，以刀轴偏移距离ρ₁和刀轴偏移角度φ_r1修正切削力理论模型，得到考虑刀具跳动和热误差的切削力模型。

2.根据权利要求1所述考虑主轴热误差和刀具跳动的切削力模型建模方法，其特征在于：所述步骤1)中，理想条件下的切削力理论模型的建模方法为：

将刀具沿刀轴分为M层微元切削刃，将任意微元切削刃产生的切削力分解为切向切削力，径向切削力和轴向切削力，则微元切削刃的切削力模型为：

其中，K_te，K_re，K_ae分别表示微元切削刃的切向、径向和副法向的耕犁力切削系数，K_tc，K_rc，K_ac分别表示微元切削刃的切向、径向和副法向的剪切力切削系数；dS、db分别表示微元切削刃的长度和宽度；uct₀(φ，κ)表示未变形切屑厚度，与微元切削刃的微元点位置角ψ和微元点轴向浸入角κ有关，且：

ψ＝θ+(i-1)φ_p-φ_z

其中，θ表示刀尖处测量的切削刃位置角；φ_z表示切削刃微元相对于刀尖位置的螺旋滞后角，φ_z＝ztan(i₀)/R，i₀表示螺旋角；φ_p表示刀具的刀尖角，φ_p＝2π/N，N为刀齿数；i表示第i号切削刃；

uct₀(ψ，κ)＝n·f

n＝(sin(κ)sin(ψ)，sin(κ)cos(ψ)，cos(κ))^T

其中，i₀表示螺旋角；n表示微元切削刃表面处法线；dz表示微元切削刃厚度；f为进给矢量；

将微元切削刃的切削力模型转换到刀具坐标系中，得到：

其中，dF_x、dF_y和dF_z分别表示微元切削刃的切削力在X、Y和Z轴方向的分量；

对微元切削刃的切削力进行积分累加，得到刀具切削力，即为切削力理论模型：

其中，F_x、F_y和F_z分别表示刀具切削力在X、Y和Z轴方向的分量。