一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法

本发明涉及铣刀，具体为一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法。

背景技术：

1、铣刀由于其优异的切削性能而被广泛应用，但是铣刀由于受到断续切削、刀齿误差和振动作用的共同影响，刀齿切削刃的切削边界时刻发生变化，刀齿的瞬时位姿和瞬时速度也不断变化，进而导致刀齿后刀面不同特征点瞬时摩擦速度、瞬时摩擦能耗、瞬时温度和瞬时磨损速率具有动态变化特性。

2、已有关于铣刀摩擦力熵产生及摩擦磨损引起熵流解算方法，大多利用切削深度、进给速度等切削参数的摩擦力、摩擦能耗、磨损速率的理论模型，未考虑实际切削过程中由于刀齿误差、振动等因素对摩擦磨损过程的影响，难以准确揭示出铣刀后刀面摩擦力熵产生及摩擦磨损引起熵流的分布和变化特性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法，包括s1,对振动作用下铣刀刀齿瞬时切削行为进行解算，构建刀齿后刀面与加工过渡表面摩擦副模型，对后刀面瞬时摩擦力熵产生进行解算，得出摩擦力熵产生分布特性；

3、s2,对振动作用下铣刀后刀面与加工过渡表面的二维热传导熵计算，基于二维瞬态热传导微分方程，构建刀齿后刀面温度分布函数，得出刀齿后刀面瞬时热传导熵产生分布特性；

4、s3,对振动作用下铣刀后刀面与加工过渡表面瞬时摩擦磨损熵流分布特性计算，采用微元法构建刀齿后刀面瞬时磨损速率解算模型，得出摩擦磨损熵流解算结果。

5、进一步的，铣刀与工件之间相对摩擦剧烈、断续切削变形、振动、力热冲击等多物理场耦合作用明显，刀工界面热力学行为动态变化，所述s1包括：铣刀切削状态下，依据铣刀及其刀齿与工件的瞬时接触关系，建立铣刀动态切削过程模型，根据振动作用下铣刀动态切削过程，对铣刀坐标系的坐标原点的运动轨迹进行解算，利用切削坐标系间的矩阵变换得到瞬时切削行为计算刀齿轨迹；

6、铣刀后刀面与切削刃所形成的过渡表面相互接触并产生相对运动，将刀齿后刀面与切削刃所形成的过渡表面作为一个摩擦体系，基于摩擦体系构建后刀面与加工过渡表面运动模型。

7、进一步的，热传导引起的熵产生反映了热能能质的强弱，可在分析该过程的热力学力—温度场分布及由此所导致的热力学流—热流分布基础上获得的，所述s2包括：铣刀切削工件过程中，铣刀后刀面与工件进行快速瞬态热传导，基于傅里叶热传导理论建立铣刀瞬态热传导模型，并计算刀具的热流密度。

8、进一步的，所述s3包括，在铣刀切削过程中，基于流出速度计算刀齿后刀面磨损速率的大小，并对刀齿后刀面磨损速率表征，构建刀齿微元揭示刀齿后刀面在磨损区域内任意位置的瞬时磨损度，得到刀齿后刀面瞬时磨损速率解算模型，使用仿真软件deform中提取刀齿后刀面任意点累积深度，构建刀齿坐标系下微元上任意点坐标随切削时间变化的累积磨损深度分布函数。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

10、(1)本发明考虑了刀齿误差和振动作用下铣刀瞬时切削行为，通过铣刀瞬时切削行为对刀齿后刀面瞬时摩擦速度矢量和切向应力进行解算，构建了刀齿后刀面瞬时摩擦能耗解算模型。本发明解决了已有研究中对刀齿后刀面摩擦能耗解算中忽略了振动和刀齿误差作用的问题。本发明依据刀工界面所发生的摩擦热力学行为，构建了刀工界面摩擦力熵产生分布特性表征方法，揭示了瞬时刀工界面摩擦力熵产生分布特性。

11、(2)本发明依据二维瞬态热传导微分方程，通过摩擦力做功产生热量确定刀齿后刀面不同特征点瞬时温度，进而通过瞬时温度构建了后刀面瞬时热传导熵产生解算模型。揭示了热传导熵产生的分布与变化特性，同时也揭示了热能做功能力的强弱。

12、(3)本发明通过铣刀瞬时切削行为及铣刀几何结构对刀齿后刀面瞬时磨损速率进行解算，构建了刀齿后刀面由于摩擦磨损所引起熵流解算模型，揭示出摩擦体系受热力耦合作用引起的刀齿后刀面瞬时磨损状态。

技术特征：

1.一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法，其特征在于，包括：s1,对振动作用下铣刀刀齿瞬时切削行为进行解算，构建刀齿后刀面与加工过渡表面摩擦副模型，对后刀面瞬时摩擦力熵产生进行解算，得出摩擦力熵产生分布特性；

2.根据权利要求1所述的一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法，其特征在于，所述s1包括：铣刀切削状态下，依据铣刀及其刀齿与工件的瞬时接触关系，建立铣刀动态切削过程模型。

3.根据权利要求2所述的一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法，其特征在于，所述s1还包括：根据振动作用下铣刀动态切削过程，对铣刀坐标系的坐标原点的运动轨迹进行解算，利用切削坐标系间的矩阵变换得到瞬时切削行为计算刀齿轨迹；

4.根据权利要求1所述的一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法，其特征在于，所述s2包括：铣刀切削工件过程中，铣刀后刀面与工件进行快速瞬态热传导，基于傅里叶热传导理论建立铣刀瞬态热传导模型，并计算刀具的热流密度。

5.根据权利要求1所述的一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法，其特征在于，所述s3包括，在铣刀切削过程中，基于流出速度计算刀齿后刀面磨损速率的大小，并对刀齿后刀面磨损速率表征，构建刀齿微元揭示刀齿后刀面在磨损区域内任意位置的瞬时磨损度，得到刀齿后刀面瞬时磨损速率解算模型。

6.根据权利要求5所述的一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法，其特征在于，使用仿真软件deform中提取刀齿后刀面任意点累积深度，构建刀齿坐标系下微元上任意点坐标随切削时间变化的累积磨损深度分布函数。

7.根据权利要求1所述的一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法，其特征在于，所述s2中，分析后刀面瞬时热传导熵产生演变特性，选取刀齿后刀面在若干处特征点，并计算特征点热传导熵产生分布特性动态变化曲线。

8.根据权利要求1所述的一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法，其特征在于，所述s3中，分析后刀面瞬时摩擦磨损熵流演变特性，选取刀齿后刀面的若干处特征点，计算特征点的磨损熵流分布特性动态变化曲线，得出刀齿后刀面摩擦磨损熵流分布特性。

技术总结
本发明公开了一种铣刀刀工界面熵产生及熵流分布特性表征方法，包括S1,铣刀后刀面与加工过渡表面瞬时摩擦力熵产生分布特性表征方法；S2,铣刀后刀面与加工过渡表面二维热传导熵产生分布特性表征方法；S3,铣刀后刀面与加工过渡表面瞬时摩擦磨损熵流分布特性表征方法，本发明考虑了刀齿误差和振动作用下铣刀瞬时切削行为，通过铣刀瞬时切削行为对刀齿后刀面瞬时摩擦速度矢量和切向应力进行解算，构建了刀齿后刀面瞬时摩擦能耗解算模型，解决了已有研究中对刀齿后刀面摩擦能耗解算中忽略了振动和刀齿误差作用的问题。依据刀工界面所发生的摩擦热力学行为，揭示了瞬时刀工界面摩擦力熵产生分布特性。

技术研发人员：赵培轶,马强,姜彬
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15