用于揭示高进给铣刀刀齿磨损差异性的分析模型构建与验证方法与流程

文档序号:19738987发布日期:2020-01-18 04:55阅读:来源:国知局

技术特征:

1.用于揭示高进给铣刀刀齿磨损差异性的分析模型构建与验证方法,其特征在于,具体步骤为:

步骤1:高进给铣刀刀齿磨损差异性影响因素识别方法;

进行高进给铣刀铣削加工试验,对铣刀各刀齿后刀面磨损状态进行检测,以各个刀齿后刀面磨损区域特征曲面为响应,识别各刀齿磨损差异性影响因素;

步骤2:高进给铣刀刀齿磨损差异性分析模型构建方法;

对铣削钛合金过程中铣刀及刀齿的动态切削行为进行描述,建立铣刀切削运动分析模型,获得铣刀切削位姿的变化特性,定量描述铣刀动态切削行为;基于铣刀切削过程中铣刀切削位姿的动态变化特性,建立铣削工件模型,并分析出铣刀刀齿磨损差异性仿真中的边界条件;

步骤3:高进给铣刀刀齿磨损区域边界识别方法;

以不同刀齿相同接触角度为提取前提,获取切削过程中铣刀多个刀齿后刀面切削温度和等效应力分布结果;以刀齿材料屈服强度等值的等效应力曲线为边界,提取刀齿磨损状态;

步骤4:高进给铣刀刀齿差异性磨损分析模型的验证方法;

为获取实验和仿真中刀齿后刀面磨损边界数据,采用相同方式对实验所采用的刀齿和仿真中的铣刀刀齿进行投影,并在相同坐标系中提取刀齿后刀面上下边界,将实验结果和仿真结果进行对比,以验证铣刀刀齿差异性磨损分析模型的准确性。

2.根据权利要求1所述的用于揭示高进给铣刀刀齿磨损差异性的分析模型构建与验证方法,其特征在于:步骤1中,为了识别高进给铣刀刀齿磨损差异性影响因素,进行高进给铣刀铣削加工实验,在每组实验开始前,对铣刀刀齿误差进行测量,实验结束后,对采集的铣削振动信号进行滤波处理,提取不同切削行程下铣削振动加速度最大值、最小值、有效值、主频及其频谱值;实验结束后,对高进给铣刀各个刀齿后刀面磨损形貌进行检测,获取不同切削行程条件下刀齿底刃后刀面磨损状态。

3.根据权利要求2所述的用于揭示高进给铣刀刀齿磨损差异性的分析模型构建与验证方法,其特征在于:步骤1中,通过二元高次多项式拟合,构建高进给铣刀刀齿切削刃原始边界方程、刀齿切削刃磨损边界方程和刀齿后刀面磨损边界方程。

4.根据权利要求3所述的用于揭示高进给铣刀刀齿磨损差异性的分析模型构建与验证方法,其特征在于:步骤1中,为揭示高进给铣刀刀齿后刀面随切削行程以及刀齿误差分布和铣削振动的变化特性,提取各刀齿切削刃磨损边界方程系数中绝对值最大的系数作为各刀齿切削刃磨损边界曲线的特征量,提取各刀齿后刀面磨损边界方程系数中绝对值最大的系数作为各刀齿后刀面磨损边界曲线的特征量。

5.根据权利要求4所述的用于揭示高进给铣刀刀齿磨损差异性的分析模型构建与验证方法,其特征在于:步骤1中,为进一步揭示各刀齿切削刃磨损特性的差异和各刀齿后刀面磨损特性差异,提取不同切削行程下的刀齿切削刃磨损边界曲线的特征量中prj11(j=1,2,3),提取不同切削行程下的刀齿后刀面磨损边界曲线的特征量中phj11(j=1,2,3),运用同样的方式获得各个刀齿的磨损边界曲线特征量变化规律。

6.根据权利要求5所述的用于揭示高进给铣刀刀齿磨损差异性的分析模型构建与验证方法,其特征在于:步骤1中,为揭示刀齿误差分布和铣削振动对刀齿后刀面的影响特性,将刀齿轴向误差序列、刀齿径向误差序列和铣削振动特征参数序列与刀齿切削刃和后刀面磨损边界曲线特征量进行对比,获得刀齿误差和铣削振动对刀齿磨损差异性的影响。

7.根据权利要求1-6中任一所述的用于揭示高进给铣刀刀齿磨损差异性的分析模型构建与验证方法,其特征在于:步骤2中,为反映切削过程中铣刀切削姿态,引入铣刀振动时域变量,获得铣刀振动条件下刀具切削姿态,在描述铣刀及刀齿动态切削行为之后,根据铣刀切削行为模型、铣刀与钛合金工件之间有效切削时间和铣刀刀齿接触关系对铣刀及钛合金工件的有限元模型进行重构,以适应铣削钛合金中由于铣刀振动、刀齿误差及非有效切削时间等因素造成的刀齿热力耦合场分布差异性;基于铣刀切削过程中铣刀切削位姿的动态变化特性,建立以铣刀切削行为等效、切削时间等效和铣刀刀齿接触关系等效为设计目标的工件模型;在运用铣刀刀齿磨损差异性分析模型确定铣削振动和刀齿误差边界条件,以及重新设计工件模型之后,揭示出各因素对铣刀刀齿差异性磨损影响机制,并基于工件模型,运用有限元方法对刀齿差异性磨损进行仿真,以验证分析模型的正确性。

8.根据权利要求7所述的用于揭示高进给铣刀刀齿磨损差异性的分析模型构建与验证方法,其特征在于:步骤3中,为准确提取相同前提条件下铣刀刀齿后刀面的差异性切削状态及磨损特征,避免刀齿变形不同、振动状态不同等因素对刀齿切削状态造成的影响,在有限元仿真结束后,首先根据铣刀的结构特点,以铣刀半径为划分依据,将一次完整的铣削过程划分出铣刀切入区域、铣刀切出区域和铣削稳定区域等3个一级铣削区域(a1),然后,从铣刀切入区域的终点b1至铣刀切出区域的起点bn,依次以直径为划分依据选取二级铣削区域(a2)的特征点;将上述铣削稳定区域再次划分为多个二级铣削区域(a2);再根据铣刀同时参与铣削的最多齿数zm,将上述一级铣削区域(a1)和多个二级铣削区域(a2),沿铣削宽度方向划分为多个三级铣削区域(a3);并依次从铣刀切入区域、铣削稳定区域和铣刀切出区域中,以区域几何中心为采样点,以不同刀齿相同接触角为采样前提,提取各个刀齿切削温度和等效应力分布状态;为准确提取刀齿后刀面磨损的上、下边界,以便完整地描述不同时刻刀齿后刀面磨损状态,以与硬质合金屈服强度等值的等效应力曲线为刀齿磨损上边界,并以后刀面磨损深度为0的等值曲线为刀齿后刀面磨损下边界。

9.根据权利要求8所述的用于揭示高进给铣刀刀齿磨损差异性的分析模型构建与验证方法,其特征在于:步骤4中,为准确验证高进给铣刀刀齿差异性磨损仿真结果,采用超景深显微镜获取不同行程下刀齿后刀面磨损图像,以未磨损的刀尖点在刀片底部安装定位面上的投影为坐标原点,在其投影平面内,建立高进给铣刀刀齿后刀面磨损测量坐标系,再以相同方式在仿真结果中建立铣刀刀齿后刀面磨损测量坐标系,再运用刀齿后刀面磨损边界测量方法,对投影面中刀齿后刀面磨损区域上、下边界进行识别;对实验后的铣刀各个刀齿后刀面和有限元仿真结果中各个刀齿后刀面磨损边界及状态进行提取,验证铣刀刀齿差异性磨损等效仿真结果。

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