[发明专利]一种考虑刃口效应的倒棱圆形车刀切削力精确预测方法

摘要

本发明提供一种考虑刃口效应的倒棱圆形车刀切削力精确预测方法，将切削刃离散化处理，把未变形切削区域划分为两个部分，分别计算每个切削区域中每个切削刃微元的未变形切屑厚度；计算每个切削刃微元的剪切力系数；设刃口力系数与剪切应力和倒棱长度成线性关系，利用试验数据，推导针对圆形车刀的刃口力系数线性常数项的标定方程，计算刃口力系数；计算每个切屑刃微元的切削力，并沿着切屑刃积分，得到整体的切削力。本发明通过将圆形车刀离散为多个微元，分析每个微元的局部参数，考虑倒棱刃口的刃口力，预测每个切削刃微元的切削力并沿着切削刃积分得到整体的切削力，从而为圆形倒棱车刀的高效高精加工过程控制提供指导。

主权项

1.一种考虑刃口效应的倒棱圆形车刀切削力精确预测方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、参数输入：输入车削加工切削参数、圆形车刀几何参数和性能参数，包括刀具半径r、前角α_n、切削深度d、切削速度V、每齿进给f；S2、将切削刃离散化处理，把未变形切削区域划分为两个部分，分别计算每个切削区域中每个切削刃微元的未变形切屑厚度；S3、通过已有公式和文献参数与圆形车刀的几何形状相结合，计算每个切削刃微元的剪切力系数；S4、设刃口力系数与剪切应力和倒棱长度成线性关系，利用试验数据，推导针对圆形车刀的刃口力系数线性常数项的标定方程，计算刃口力系数；S5、计算每个切屑刃微元的切削力，并沿着切屑刃积分，得到整体的切削力；所述的S2中，通过切削域起始点的浸入角φ_st、切削域终止点的浸入角φ_ex和切削域分区点的浸入角φ_mid将未变形切削区域划分为两个部分，得到第j个微元对应的未变形切屑厚度h^j为：其中f_c＝f cos(α_n)，式中，为第j个微元对应的浸入角；l_a为沿着进给方向，切入点到刀具中心的距离；f_c为每齿进给量在前刀面的投影；为切削刃微元与相邻刀具中心位置的夹角；a_p为切削深度；为法向前角，通过坐标变换计算得到；所述的S3剪切力系数由以下公式计算得到：式中，K_tc、K_fc、K_rc分别是切削速度方向、径向、切向的切削力系数；为剪切应力，利用不等分剪切模型求得；为法向剪切角，为法向摩擦角，通过最小能量法则的方程迭代求得；全局切屑流方向通过假设微元之间的相互作用力之和为0求得；为每个切削刃微元对应的刃倾角，为法向前角，通过坐标变换计算得到；为第j个微元的切屑流角；所述的S4针对圆形车刀的刃口力系数线性常数项的标定方程如下：其中d^j是切削刃微元的切削宽度；dφ_s为切削刃离散化时的角度微元；x_t、x_f、x_r分别是切削速度方向、径向、切向的刃口力系数中的线性常数项；是第j个切削刃微元的主偏角；C₁‑C₆为中间参数；F_x已知、F_y已知、F_z已知为试验数据中已知的正交坐标系中x、y、z方向的整体切削力；得到刃口力系数为：式中，K_te、K_fe、K_re分别为切削速度方向、径向、切向的刃口力系数，l为倒棱刃口的长度。