[发明专利]一种三维车削力解析建模方法

摘要

本发明公开了一种三维车削力解析建模方法，包括以下步骤：将车刀的切削刃在前刀面上沿圆周方向离散成一系列切削微元；通过材料JC本构模型来计算每个切削微元的剪切流动应力；根据车刀的几何关系和坐标变换，得到切削微元的径向位置角、微元偏角、切削宽度、切削深度、切削厚度及切削载荷的表达式；根据相邻切屑的约束力平衡以及所有切屑单元上的力平衡，计算出全局与局部的切屑流角；采用修正的斜角切削预测模型计算出每个切削微元受到的切削力；将所有切削微元的切削力进行叠加，得到整个车刀三维切削力的值。本发明只需输入工件材料参数、车刀几何参数及切削参数就能很快地预测出车削力，具有较高的准确性和快速性。

主权项

1.一种三维车削力解析建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定车刀的几何参数和选定切削参数，车刀的几何参数包括法向前角αn、刃倾角λs、法向后角γn、主偏角kr和刀尖圆弧半径re；切削参数包括切削深度ap、进给量ft和切削速度V；S2、将车刀的切削刃在前刀面Aγ上沿圆周方向离散成(K+2)个切削微元，每个切削微元的切削特性看作含有切屑流出方向约束的斜角切削过程，即由于相邻切屑间的相互作用使所有切屑单元沿同一方向流出；S3、由于前刀面A_γ上所有切屑微元都具有相同的切屑流动方向，故得到第k个切屑微元的局部切屑流角的表达式其中，为全局流动角，为切削微元偏转角；S4、由于所有切屑微元具有相同的流动方向，将第k个切屑微元受到相邻切屑约束的力平衡和施加在所有切屑单元上的力平衡相结合，得到切屑微元的力平衡方程是由第k个切屑微元的相邻切屑单元所产生的合力，由此计算得到进而计算出S5、根据修改后的斜角切削模型，计算第k个切削微元由主剪切区的剪切效应所产生的剪切力和法向力其中，τ_sh为主剪切区的剪切流动应力，A_k为第k个切削微元的切削载荷，为第k个切削微元的刃倾角，为第k个切削微元的法向剪切角，为第k个切削微元的前角，为第k个切削微元的法向摩擦角，为第k个切削微元的局部切屑流动角，为第k个切削微元的剪切流动角；S6、通过坐标变换，第k个切削微元由剪切作用引起的切向分力dFt,j、径向分力dFr,j、轴向分力dFa,j的表达式为S7、通过坐标变换，将所有切削微元产生的切削力进行叠加，得到总切削力的表达式为其中，Fx、Fy、Fz分别为总切削力在x、y、z三轴方向上的分力。