专利名称：自由曲线外形零件圆周铣削过程中瞬时铣削力建模方法
技术领域：
本发明涉及一种圆周铣削过程中瞬时铣削力建模方法，特别是一种自由曲线外形 零件圆周铣削过程中瞬时铣削力建模方法。
背景技术：
圆周铣削是通过立铣刀在材料表面切除多余的材料层来获得理想的工件形状、尺 寸以及表面光洁度的机械加工方法，它是机械制造中加工各种模具、汽车零件以及航空航 天零件的最常用的方式之一。在圆周铣削过程中，经常出现刀具磨损、刀具破损、加工颤振 以及加工变形等诸多问题，严重影响零件的加工精度和加工效率。为了克服以上问题，需要 建立圆周铣削加工中铣削力预测模型。诸多学者已经在具有代表性的平面铣削方面做了广 泛而深入的研究。由于自由曲线外形零件的圆周铣削在实际加工中也经常遇到，一些学者 在这方面做了相关的研究。i^ 1 "Ζ. C. Wei, Μ. J. Wang, R. G. Ma, L. Wang, Modeling of process geometry in peripheralmilling of curved surfaces, Journal of Materials Processing Technology 210 (2010) 799-806.，，公开了一种自由曲线外形零件圆周铣削过程中铣削力的 模型，并系统地给出了铣削力预测的整个流程。然而该模型忽略了刀具偏心对铣削力的影 响，并且无法避免利用非二阶连续的实际刀轨预测铣削力时所导致的预测铣削力的突变。文献 2 "K. A. Desai,P. K. Agarwal,P. V. M. Rao,Process geometry modeling with cutter runoutfor milling of curved surfaces, International Journal of Machine Tools and Manufacture 49 (2009) 1015-1028. ”公开了一种自由曲线外形零件圆周统削过 程中铣削力的模型，并且考虑了刀具偏心对铣削力的影响。该模型中计算与铣削力相关的 瞬时未变形切屑厚度的基本方法如下1.计算当前切削刀齿的实际半径值和前m个刀齿的实际半径值。2.计算直线与圆弧的交点。其中，该直线由当前的切触点和与当前切触点相对应 的刀齿位置角确定，圆弧是以对应于当前切触点的前m个刀齿轨迹上的切触点所对应的刀 具位置点为圆心，前m个刀齿的实际半径值为半径。3.计算以上交点到当前刀具位置点的距离。4.计算可能的瞬时未变形切屑厚度，即以当前刀齿的实际半径值减去交点到当前 刀具位置点的距离。5.重复步骤1-4，直到m等于刀齿数Nf结束。6.选出Nf个可能的瞬时未变形切屑厚度的最小值，并将该最小值与0比较，取大 者作为瞬时未变形切屑厚度。从以上步骤可以看出，该方法中计算可能的瞬时未变形切削厚度是通过数值计算 的方法完成的。这种方法求一次瞬时未变形切屑厚度需要求解Nf个非线性方程，因此计算 工作量大。如，用 MATLAB 在个人计算机(Intel Core (TM) 2Duo Processor, 2. 4GHz，2GB)计 算10个周期的瞬时铣削力的时间为233. 3s。
发明内容
为了克服现有的自由曲线外形零件圆周铣削过程中瞬时铣削力建模方法计算工 作量大的不足，本发明提供一种自由曲线外形零件圆周铣削过程中瞬时铣削力建模方法， 该方法首先通过采样时间间隔计算出各时刻所对应的刀具位置点，同时计算出每个刀具位 置点对应的几何参数，然后通过数学推导建立局部坐标系下切入/切出角的数值计算模型 和瞬时未变形切屑厚度的解析模型，最后建立局部坐标系下瞬时铣削力与瞬时未变形切屑 厚度的关系，并将局部坐标系下的瞬时铣削力投影到整体坐标系下，可以减少自由曲线外 形零件圆周铣削过程中瞬时铣削力建模方法的计算工作量。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种自由曲线外形零件圆周铣削过 程中瞬时铣削力建模方法，其特点是包括下述步骤(1)选定立铣刀和工件几何参数，包括立铣刀的半径RAD、螺旋角β C1、刀齿数Nf、刀 具偏心参数P和λ，得到工件表面矢量方程P (U) = [X (u)，Y (u)，Z(U)]工和工件毛坯边界 的矢量方程Pw(V) = [Xw(v)，Yw(v)，Zw(v)]T;设定切削参数，包括进给率Vf、轴向切削深度 Rz、径向切削深度艮、刀具主轴转速η ；输入由CAM系统产生的加工工件的实际刀轨信息和采 样时间间隔Ts;(2)根据步骤(1)设定的采样时间间隔Ts和实际刀轨信息，按照下式
权利要求
1. 一种自由曲线外形零件圆周铣削过程中瞬时铣削力建模方法，其特征在于包括下述 步骤(1)选定立铣刀和工件几何参数，包括立铣刀的半径RAD、螺旋角βC1、刀齿数 、刀具偏 心参数P和λ，得到工件表面矢量方程ρ(u) = [X(u)，Y(u)，Z(u)]T和工件毛坯边界的矢 量方程Pw(V) = [Xw(v)，Yw(v)，Zw(V) ]τ ；设定切削参数，包括进给率Vf、轴向切削深度Rz、径 向切削深度艮、刀具主轴转速η ；输入由CAM系统产生的加工工件的实际刀轨信息和采样时 间间隔Ts ；(2)根据步骤⑴设定的采样时间间隔Ts和实际刀轨信息，按照下式
全文摘要
本发明公开了一种自由曲线外形零件圆周铣削过程中瞬时铣削力建模方法，用于解决现有的自由曲线外形零件圆周铣削过程中瞬时铣削力建模方法计算工作量大的技术问题。技术方案是以理论刀轨上的等效刀具位置点对应的等效进给方向、等效法向量和等效曲率代替实际刀轨上的刀具位置点对应的进给方向、法向量和曲率，避免用非二阶连续的实际刀轨近似理论刀轨时所导致的预测铣削力的突变的现象；在考虑偏心的同时，推导出瞬时未变形切屑厚度的解析模型，无需用数值计算的方法计算瞬时未变形切屑厚度。利用本发明的方法，用MATLAB在个人计算机(Intel Core(TM)2Duo Processor，2.4GHz，2GB)计算10个周期的瞬时铣削力的时间为1.9s，比采用文献2的方法计算时间233.3s，计算效率提高122.79倍。
文档编号G06F17/50GK102004818SQ20101053553
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者万敏, 党建卫, 张卫红, 杨昀, 王怡婷 申请人:西北工业大学