[发明专利]薄壁曲面稳定铣削的极限轴向切深判定方法

摘要

本发明薄壁曲面稳定铣削的极限轴向切深判定方法属于薄壁曲面铣削加工技术领域，涉及一种薄壁曲面稳定铣削的极限轴向切深判定方法。该判定方法首先根据薄壁曲面铣削加工工艺参数建立瞬时切削面积计算模型，并求解切削力系数；然后，对不同轴向切深条件下的薄壁曲面零件刚度进行求解，建立轴向切深与薄壁曲面零件刚度间的关联模型；并结合经典稳定域求解公式，获得稳定轴向切深与实际轴向切深间对应关系；最后，求解虑及加工中薄壁件刚度变化的稳定铣削极限轴向切深。该方法适用于各类薄壁件稳定铣削极限轴向切深判定，应用范围广，在保证加工质量的同时，最大限度的提高加工效率，具有较高的实用价值。

主权项

一种薄壁曲面稳定铣削的极限轴向切深判定方法，其特征在于，该判定方法首先根据薄壁曲面铣削加工工艺参数建立瞬时切削面积计算模型，并求解切削力系数；然后，对不同轴向切深条件下的薄壁曲面零件刚度进行求解，建立轴向切深与薄壁曲面零件刚度间的关联模型；并结合经典稳定域求解公式，获得稳定轴向切深与实际轴向切深间对应关系；最后，求解虑及加工中薄壁件刚度变化的稳定铣削极限轴向切深；判定方法的具体步骤如下：1)瞬时切削面积及切削力系数求解瞬时切削面积的求解是获得切削力系数的前提，利用微分几何方法求得不同曲率半径薄壁件切削过程中对应的瞬时切削面积，在刀具坐标系x‑o‑y中，曲线1方程为：x=-rsinΩt-f·t60y=-rcosΩtΩ=2πn60=πn30---(1)]]>其中，r为铣刀半径，Ω为铣刀旋转角速度，f为刀具进给速度，n为主轴转速，相邻两刀齿切削时间间隔为t＝15/n(s)，整理得：x=-r2-y2-f2πnarccos(-yr)---(2)]]>相邻两切削刃切削过程中，刀具走过的距离为因此，曲线2的方程为：x=-rsinΩt-f·t60-f4ny=-rcosΩtΩ=2πn60=πn30---(3)]]>整理得：x=-r2-y2-f2πnarccos(-yr)-f4n---(4)]]>曲线3方程：x2+(y+R+r)2＝(R+ae)2  (5)其中，R为薄壁曲面零件曲率半径，ae为径向切削深度，整理得：x=-(R+ae)2-(y+R+r)2---(6)]]>通过式(4)和式(6)求得交点P1(x1,y1)，联立式(2)和式(6)求得交点P2(x2,y2)，P0(x0,y0)为初始切点，此时，瞬时切削面积S表示为：S=∫y0y1(x1-x2)dy+∫y1y2(x1-x3)dy+∫y1y2f4ndy+∫y1y2[(R+ae)2-(y+R+r)2-r2-y2-f2πnarccos(-yr)]dy---(7)]]>当给定加工工艺参数n、f、ae，铣刀半径r及薄壁曲面零件曲率半径R，即可求出瞬时切削面积S；令铣刀轴线的位置角为β，由几何关系得β180=t·fπ(R+r)---(8)]]>其中f表示刀具进给速度，单位为mm/min，N表示铣刀切削刃数，n为主轴转速，单位为rpm，fz表示每齿进给量，单位为mm·z‑1；由坐标变换求得切向切削力Ft及径向切削力Fr：Ft=Fxsinβ-FycosβFr=Fxcosβ+Fysinβ,0≤β≤180---(9)]]>其中，Fx和Fy分别为试验得到的x向和y向切削力，利用经典切削力系数求解公式：Ft=Kt·S·adKr=FrFt---(10)]]>式中，ad为轴向切深，即可求出径向切削力系数Kr及切向切削力系数Kt；2)建立轴向切深与薄壁曲面零件刚度间的关联模型利用ANSYS软件对不同轴向切深条件下的薄壁曲面零件进行建模并模态分析，获得对应的刚度值后进行拟合，建立轴向切深与薄壁曲面零件刚度间的关联模型：k=o1e-((ad-p1)/q1)2+o2e-((ad-p2)/q2)2+o3e-((ad-p3)/q3)2---(11)]]>式中，o1、o2、o3、p1、p2、p3、q1、q2、q3为拟合参数；3)稳定切削条件下的临界轴向切深求解结合经典稳定域求解公式，获得稳定轴向切深ap与实际轴向切深间对应关系为：ap=u1e-((ad-v1)/w1)2+u2e-((ad-v2)/w2)2+u3e-((ad-v3)/w3)2---(12)]]>式中，u1、u2、u3、v1、v2、v3、w1、w2、w3为拟合参数；在稳定轴向切深ap与实际轴向切深ad取值相同的情况下，即满足加工稳定性需求，又实现最高效率的加工，此时求解得到了虑及加工中薄壁件刚度变化的稳定铣削极限轴向切深，实现了薄壁曲面零件高质高效加工。