专利名称：钛合金tc18铣削过程铣削力建模方法
技术领域：
本发明涉及一种铣削力建模方法，特别是一种钛合金TC18铣削过程铣削力建模方法。
背景技术：
文献 1“Y. Altintas，Manufacturing Automation，Cambridge University Press， 2000. ”公开了一种考虑平头立铣刀侧刃切削效果的平均铣削力模型，其基本建模步骤为(1)通过测力设备测试铣削力，并求整数个周期内实测铣削力的平均值；(2)根据侧刃与工件之间的工艺几何关系，通过理论推导建立平均铣削力与铣削 力系数之间的函数关系式；(3)将步骤(1)获得的平均铣削力代入第(2)步，求解获得铣削力系数。文 ^ 2 "M. Wan, W. H. Zhang, G. H. Qin, G. Tan, Efficient calibration of instantaneouscutting force coefficients and runout parameters for general end mills, Int. J. Mach. TooIsManuf. 47 (2007) 1767-1776” 公开了一种考虑平头立铣刀侧刃切 削效果的瞬时铣削力模型，其基本建模步骤为(1)通过测力设备测试铣削力；(2)根据侧刃与工件之间的工艺几何关系，通过理论推导建立瞬时铣削力与铣削 力系数之间的函数关系式；(3)将步骤⑴获得的瞬时铣削力代入第(2)步，求解获得铣削力系数。以上文献的典型特点是由于只考虑了侧刃参与切削时切削刃与工件之间的工艺 几何关系对铣削力的影响，不能有效模拟带刀具偏心钛合金TC18铣削过程中出现的等相 宽非零铣削力现象。
发明内容
为了克服现有技术在进行钛合金TC18铣削过程铣削力建模时，不能有效模拟带 刀具偏心钛合金TC18铣削过程中出现的等相宽非零铣削力的不足，本发明提供一种钛合 金TC18铣削过程铣削力建模方法，通过既考虑侧刃参与切削时侧刃和底刃对铣削力的影 响，也考虑侧刃退出切削时底刃对铣削力的影响，建立瞬时铣削力预测模型，可以实现对带 刀具偏心钛合金TC18铣削过程中出现的等相宽铣削力的有效模拟，该方法还考虑了铣削 力系数的尺寸效应。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种钛合金TC18铣削过程铣削力 建模方法，其特点是包括以下步骤(1)选定立铣刀参数，包括立铣刀的半径R、螺旋角β、刀齿数 ；设定切削参数单齿进给量f、轴向切削深度Rz、径向切削深度Rr、刀具主轴转速。(2)将铣刀沿轴向划分为N个等高梁段，通过下式计算在t时刻作用在第i个刀齿上第j个侧刃单元上的切向铣削力Fu.^a)和径向铣削力 ^,Μ,」α)_7] FTjFjijJ(t) = KmUwzFEjFjijJ(t) = KEjFjJhFjijJ(t)wz式中，KT,F,u是对应于第i个刀齿上第j个侧刃单元的切向铣削力系数，Κκ,F,u是 对应于第i个刀齿上第j个侧刃单元的径向铣削力系数，Wz表示对应于第i个刀齿上第j 个侧刃单元的轴向高度，hFjijJ(t)表示在t时刻第i个刀齿上第j个侧刃单元的瞬时未变 形切屑厚度。(3)将侧刃单元上的铣削力转化到X和Y方向并求和f^ ⑴=Σ ^u (0 cos Oij (0 - Fkfaj (0 sin Oij (0]
ijF” (0 = X [Fwj (0 sin Ou (0 - Fwj (0 cos Olj ⑴]
ij式中，θ . j(t)是刀具旋转角度仍j(0处与第i个刀齿上第j个侧刃单元对应的切 削角度，被定义为从Y向顺时针到第i个刀齿上第j个侧刃单元的中点所转过的角度。(4)计算在t时刻作用在底刃上的径向铣削力Ft^U)和切向铣削力 ^,Β^α)①当侧刃参与切削时，FTjBji(t) = KTjBjiAB>i(t)FE,Bji(t) UJt)式中，KT,B,i是对应于第i个底刃的切向铣削力系数，Κκ,B,i是对应于第i个底刃的 径向铣削力系数，Ab, Jt)是与第i个底刃对应的切屑载荷面积。②当侧刃退出切削时，
权利要求
1. 一种钛合金TC18铣削过程铣削力建模方法，其特征在于包括以下标准(1)选定立铣刀参数，包括立铣刀的半径R、螺旋角β、刀齿数Nf；设定切削参数，包括 单齿进给量f、轴向切削深度Rz、径向切削深度Rr、刀具主轴转速；(2)将铣刀沿轴向划分为N个等高梁段，通过下式计算在t时刻作用在第i个刀齿上第 j个侧刃单元上的切向铣削力ρτ,Μ,」α)和径向铣削力Fu.^a)FT,F,i,j ⑴=KTj Fj ^jhpj Jjj^t) WzFR,F,i,j ⑴=Kk^ Ut) wz式中，KT,F,υ是对应于第i个刀齿上第j个侧刃单元的切向铣削力系数，Κκ,是对应 于第i个刀齿上第j个侧刃单元的径向铣削力系数，wz表示对应于第i个刀齿上第j个侧 刃单元的轴向高度，hFjijJ(t)表示在t时刻第i个刀齿上第j个侧刃单元的瞬时未变形切屑厚度；(3)将侧刃单元上的铣削力转化到X和Y方向并求和 ^x1F (O = Σ [― A’F’',y (O cos 0tJ (/) - Fwj (/) sin θ1} (t)]'J^Y,F (O = Σ [^T1F,,J (O sin ΘΚ] (O - Fkfaj (t) cos Qij ⑴]U式中，θ i, j(t)是刀具旋转角度代处与第i个刀齿上第j个侧刃单元对应的切削角 度，被定义为从Y向顺时针到第i个刀齿上第j个侧刃单元的中点所转过的角度；(4)计算在t时刻作用在底刃上的径向铣削力FT,B,At)和切向铣削力FK,&i(t)；①当侧刃参与切削时， FT,B,i(t) =KT,BjiAB,i(t)FR,B,i(t) UJt)式中，K^i是对应于第i个底刃的切向铣削力系数，Κκ,Β,i是对应于第i个底刃的径向 铣削力系数，Ab, ,(t)是与第i个底刃对应的切屑载荷面积；②当侧刃退出切削时， FT,B,i(t) Ut) FR,B,i(t) Ut)式中，是对应于第i个底刃的切向铣削力系数，Ku,i是对应于第i个底刃的径向 铣削力系数，bdt)是与第i个底刃对应的切屑宽度；(5)将底刃上的铣削力转化到X和Y方向Fx,β⑴=-FTjBji(t)cos θ . 0(t)-FEjBji(t)sin θ . 0(t) FY,β (t) = FT,Β, i (t) sin θ i 0 (t) -FK,B, i (t) cos θ i 0 (t)式中，θ ^0 (t)是刀具旋转角度队,处与第i个底刃对应的切削角度，被定义为该刀刃方 向与Y轴正方向之间的夹角；(6)将作用在各个底刃和侧刃的铣削力求和，得到总铣削力|_fy,f(O」(7)通过下述方法确定KT, F, i,、Kk, F, i,、KT, B, i、KE, B, i、Ab, i (t)、KE, b, i、Kk, B, i 和 h (t)，并在 一个刀具旋转周期内重复执行步骤(1)到(6)，获得一个周期内的铣削力分布图；1)选定立铣刀参数，包括立铣刀的半径R、螺旋角β、刀齿数Nf，，选定工件几何参数； 设定标定试验的切削参数，单齿进给量f、轴向切削深度Rz、径向切削深度Rr、刀具主轴转 速；要求工件为满足测力仪安装的长方体块；2)根据步骤1)设定的参数并测铣削力，要求工件被加工面与刀具轴线垂直；用^，《表 示对应于第m个刀齿切削周期内的第η个采样点的相角，将对应于约 , 的瞬时铣削力记为3)根据步骤幻测得的铣削力标定刀具偏心参数P和λ；4)在每一采样瞬态，根据坐标变换关系式，将步骤2)测得的瞬时铣削力从笛卡尔坐 标系转换到局部坐标系，也就是将Fx(^v1)和&(扎, )转换到局部坐标系下的分量FT(%, )和5)根据步骤4)的结果，用FTOm，J和礼,J除以、^.⑴^，得到一组与、^.⑴^对 应的离散值，将该组离散值拟合成hF^(t)wz的线性函数，该线性函数的斜率就是标定得到 的与所有侧刃单元对应的切向铣削力系数KT,u,」和径向铣削力系数Κκ,Μ,」；6)根据步骤幻和步骤幻的结果，首先根据步骤(1)和步骤( 计算与侧刃对应的X 向铣削力Fx,F(t)和Y向铣削力FY,F(t)，然后通过下式计算步骤2)测得的铣削力中与底刃 对应的铣削力分量，
全文摘要
本发明公开了一种钛合金TC18铣削过程铣削力建模方法，用于解决现有技术在进行钛合金TC18铣削过程铣削力建模时，不能有效模拟带刀具偏心钛合金TC18铣削过程中出现的等相宽非零铣削力的技术问题。技术方案是既考虑了侧刃参与切削时侧刃和底刃对铣削力的影响，也考虑了侧刃退出切削时底刃对铣削力的影响，克服了现有技术不能有效模拟带刀具偏心钛合金TC18铣削过程中出现的等相宽非零铣削力现象的不足；由于将底刃铣削力系数表示成切屑宽度的指数函数，克服了现有技术无法对底刃切削过程中的尺寸效应进行模拟的不足。
文档编号G06F17/50GK102136021SQ20111010052
公开日2011年7月27日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者万敏, 张卫红, 杨昀 申请人:西北工业大学