[发明专利]一种插铣加工切削力预测建模方法

摘要

本发明属于金属切削加工相关技术领域，并公开了一种高精度控制表面粗糙度的复合斜面铣削加工方法，包括：(a)对工件采用插铣方式加工，并采集获得多个工艺参数；(b)针对不同插铣加工工况，分别按照优化公式计算求出瞬时切削宽度；(c)利用所求出的瞬时切削宽度，建立所需的刀具瞬时动态总切削力预测模型，并按照此模型来相应指导完成插铣加工过程。通过本发明，能够在严格满足技术加工要求的情况下，实现对插铣加工过程中切削力的全面、准确预测，从而从高质高效控制插铣过程提供工艺指导，因而尤其适用于叶轮、机匣等槽类零件的插铣加工场合。

主权项

一种插铣加工切削力预测建模方法，其特征在于，该方法包括：(a)为叶轮、机匣之类的槽类零件选择插铣方式执行加工，并采集获得以下工艺参数：插铣刀具自身的规格、插铣宽度、初始切入角、插铣过程角和最终切出角等；(b)基于下列公式来对各种工况下的瞬时切削宽度进行计算，其中：当执行小切宽插铣加工工况，也即目标切削宽度a_e小于或等于插铣刀具半径R时：$a\left({\mathrm{\φ}}_{ji}\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& {\mathrm{\φ}}_{ji}\<{\mathrm{\φ}}_{st},{\mathrm{\φ}}_{ji}\>{\mathrm{\φ}}_{ex}\\ R-\frac{a_e-R}{{\mathrm{cos\φ}}_{ji}}& {\mathrm{\φ}}_{st}\≤{\mathrm{\φ}}_{ji}\≤{\mathrm{\φ}}_{stn}\\ R-\sqrt{R^2-{a_s}^2\·{\cos }^2{\mathrm{\φ}}_{ji}}+{a_s}^2\·{\mathrm{sin\φ}}_{ji}& {\mathrm{\φ}}_{stn}\≤{\mathrm{\φ}}_{ji}\≤{\mathrm{\φ}}_{ex}\end{array}\right.$而当执行大切宽插铣加工工况，也即目标切削宽度a_e大于插铣刀具半径R时：$a\left({\mathrm{\φ}}_{ji}\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& {\mathrm{\φ}}_{ji}\<{\mathrm{\φ}}_{st},{\mathrm{\φ}}_{ji}\>{\mathrm{\φ}}_{ex}\\ \frac{a_e-R}{{\mathrm{cos\φ}}_{ji}}-\sqrt{R^2-{a_s}^2\·{\cos }^2{\mathrm{\φ}}_{ji}}+{a_s}^2\·{\mathrm{sin\φ}}_{ji}& {\mathrm{\φ}}_{st}\≤{\mathrm{\φ}}_{ji}\≤{\mathrm{\φ}}_{stn}\\ R-\sqrt{R^2-{a_s}^2\·{\cos }^2{\mathrm{\φ}}_{ji}}+{a_s}^2\·{\mathrm{sin\φ}}_{ji}& {\mathrm{\φ}}_{stn}\≤{\mathrm{\φ}}_{ji}\≤{\mathrm{\φ}}_{ex}\end{array}\right.$其中，φ_ji表示插铣刀具的第j个刀齿上第i个微元各自的切削角度；a(φ_ji)表示切削角度为φ_ji时所对应的瞬时切削宽度，单位为毫米；a_e表示执行插铣加工时所预设的目标切削宽度，单位为毫米；R表示插铣刀具半径，单位为毫米；a_s表示插铣加工过程中相邻两次走刀之间的走刀步距，单位为毫米；φ_st表示插铣加工的初始切入角，φ_stn表示插铣加工的切削过程角，φ_ex表示插铣加工的最终切出角；(c)利用步骤(b)所求得的所述瞬时切削宽度a(φ_ji)，建立如下所示的刀具瞬时动态总切削力预测模型，并按照此模型来相应指导完成插铣加工过程：$\left[\begin{array}{c}{F}_x\left({\mathrm{\φ}}_i\right)\\ F_y\left({\mathrm{\φ}}_i\right)\\ F_z\left({\mathrm{\φ}}_i\right)\end{array}\right]=\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}\left[\begin{array}{c}{K}_t\\ K_r\\ K_f\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}-{\mathrm{cos\φ}}_{ji}& -{\mathrm{sin\φ}}_{ji}& 0\\ {\mathrm{sin\φ}}_{ji}& -{\mathrm{cos\φ}}_{ji}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]S\left({\mathrm{\φ}}_{ji}\right)$S(φ_ji)＝a(φ_ji)·f_z其中，φ_i表示插铣刀具上所有刀齿的第i个微元所共同对应的切削角度；F_x(φ_i)、F_y(φ_i)、F_z(φ_i)则分别表示切削角度为φ_i时，插铣刀具各自沿着X轴、Y轴和Z轴方向的瞬时切削力；N表示插铣刀具自身的刀齿总数；K_t、K_r、K_f分别表示可通过切削试验来标定的三向切削力系数；f_z表示插铣加工的每齿进给量。