一种高猛刚材料高速加工的切削力预测模型的建立方法与流程

本发明属于数控机床加工技术领域，尤其涉及一种高猛刚材料高速加工的切削力预测模型的建立方法。

背景技术

由于高速切削过程的复杂性，影响切变形的因素很多，既有变形硬化作用，也同时存在高温软化作用，不同材料工件和刀具性质、刀具几何参数等因素的影响，切削力均会有所不同，因此用现有技术很难得到各种金属材料切削力的通用计算式。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高猛刚材料高速加工的切削力预测模型的建立方法，旨在试验基础上得到高锰钢材料高速加工的切削力计算公式，为难加工材料的高速切削加工提供较准确地切削力计算方法。

本发明是这样实现的，一种高猛刚材料高速加工的切削力预测模型的建立方法，该方法包括以下步骤：

s1、在数控机床上进行系列高速切削试验中，获取系列三向切削力的试验值与所用切削参数的动态试验曲线和试验数据；

s2、对动态试验曲线进行分析以及对试验数据进行有效化处理，确定有效试验切削力值，对所得到的各有效试验切削力值进行平均化计算，获得每次试验的切削力平均值；

s3、根据所述切削力平均值，采用统计分析法对切削力变化趋势进行预测，获得特定试验条件下的切削力预测模型。

优选地，所述三向切削力分别为方向与机床主轴平行的进给运动方向切削力fx、方向与机床主轴垂直的径向切削力fy以及与主运动速度方向相同的主切削力fz；所述切削参数为切削速度vc和进给量f。

优选地，在步骤s3中，所述采用统计分析法对切削力变化趋势进行预测具体为：根据所述切削力平均值标出分切削力与切削用量的分布特性确定为线性模型，采用最小二乘法技术获得切削力预测模型。

优选地，在步骤s3中，所述高速切削力计算模型公式具体为：

上式中，fx为进给运动方向切削力，fy为径向切削力，fz为主切削力，vc为切削速度，f为进给量。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

(1)首先在工艺设计方面，本发明可以使在相关金属材料的高速高效切削加工工艺方案的设计更加合理有据；其次在加工制造方面，本发明可以根据零件加工精度要求和表面质量要求及相关受力变形规律进行工艺参数的计算和预测，合理确定切削用量，从而有利于保证加工质量；最后在工装设计方面，本发明可以为一定工艺条件下的切削加工中夹具和刀具结构设计，几何参数确定提供计算依据。

(2)本发明可为高速切削其他技术的发展应用提供支持，更好发挥高速机床的潜力，提高企业技术经济效益；此外，本发明可为提高刀具寿命并充分发挥刀具潜能提供帮助，有利于降低加工制造工具消耗的成本，增加生产利润。

附图说明

图1是本发明实施例中纵向力fx模型与切削用量的分布几何点图；

图2是本发明实施例中径向力fy模型与切削用量的分布几何点图；

图3是本发明实施例中主切削力fz模型与切削用量的分布几何点图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种高猛刚材料高速加工的切削力预测模型的建立方法，该方法包括以下步骤：

s1、在数控机床上进行系列高速切削试验中，获取系列三向切削力的试验值与所用切削参数的动态试验曲线和试验数据；

s2、对动态试验曲线进行分析以及对试验数据进行有效化处理，确定有效试验切削力值，对所得到的各有效试验切削力值进行平均化计算，获得每次试验的切削力平均值；

s3、根据所述切削力平均值，采用统计分析法对切削力变化趋势进行预测，获得特定试验条件下的切削力预测模型。

在步骤s1中，先通过在数控机床上进行系列高速切削的试验，测定了切削试验过程中刀具所受切削力与所用切削参数的动态试验曲线和试验数据，获得了系列三向切削力(fx、fy、fz)的试验值。

实验方案设计，用金属陶瓷刀具对高锰钢材料进行高速切削，采用三向压电晶体测力仪测量三个相互垂直方向的削力fx、fy和fz，通过改变切削速度vc和进给量f来进行切削试验，实际测量相应的动态切削力数值。

切削力，fx—为进给运动方向的切削力，方向与机床主轴平行，单位是牛顿(n)；fy—是径向切削力，方向与机床主轴垂直，单位是牛顿(n)；fz—为主切削力，方向与主运动速度方向相同。这三个切削力的方向关系符合右手螺旋定则，在切削过程中这三个力分别都是工件与刀具刀之间的相互作用力。

如图1所示，为纵向力fx的测量点分布值和切削力fx拟合的几何模型，分布的蓝色点是切削力试验点，网格图是切削力平面模型图，通过对切削力fx实验测量值的平均值与切削速度vc和进给量f的点分布，拟合出的几何模型，据此几何模型预测到切削力为这两变量的线性模型。

如图2所示，为径向力fy的测量点分布值和切削力fy拟合模型，分布的蓝色点是切削力试验点，网格图是切削力平面模型图。

如图3所示，为主切削力fz的测量点分布值和切削力fz拟合模型，分布的蓝色点是切削力试验点，网格图是该切削力平面模型图。

在步骤s2中，经过对动态切削力的曲线的分析和对试验数据的有效化处理，确定了有效试验切削力值。由于每次测量过程是动态值，所以对众多数据采取一定技术方法进行平均化计算，获得了每次试验的切削力平均值。

在步骤s3中，根据在系列试验中对每次测量值的平均值及其分布点的预测，确定了切削力与切削速度和进给量的数学模型类型，然后用切削力和切削用量参数的试验值对数学模型系数进行拟合)

根据三向切削力试验值分布的点图和其与切削用量参数拟合的平面网格模型，采用二元线性回归模型，并用最小二乘法进行拟合运算来确定模型的回归系数，最终得到计算高速切削时三向切削力的预测模型，如下所示：

上式中，fx为进给运动方向切削力，fy为径向切削力，fz为主切削力，vc为切削速度，f为进给量。

本发明在试验基础上得到高锰钢材料高速加工的切削力计算公式，可以为难加工材料的高速切削加工提供较准确地切削力计算方法；本发明对于高速切削工艺方法和技术参数的选择选择、保证加工质量等具有实际意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。