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[發明專利]一種振動作用下的銑刀動態切削力模型構建與驗證方法有效

專利信息
申請號: 201910284912.9 申請日: 2019-04-10
公開(公告)號: CN110032794B 公開(公告)日: 2022-06-24
發明(設計)人: 姜彬;張庭政;趙培軼;趙俊峰 申請(專利權)人: 哈爾濱理工大學
主分類號: G06F30/17 分類號: G06F30/17;G06F119/14
代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209 代理人: 李思奇
地址: 150080 黑龍*** 國省代碼: 黑龍江;23
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摘要:
搜索關鍵詞: 一種 振動 作用 銑刀 動態 切削力 模型 構建 驗證 方法
【權利要求書】:

1.一種振動作用下的銑刀動態切削力模型構建與驗證方法,其特征在于,包括以下步驟:

步驟a,對銑刀瞬時切削行為求解;

所述步驟a中對銑刀瞬時切削行為求解包括以下步驟:

步驟a1,構建銑削振動和刀齒誤差影響下的刀齒瞬時接觸關系模型;

步驟a2,根據步驟a1建立刀尖切削運動軌跡模型,該模型反映了銑削鈦合金過程中刀尖受到銑削振動的影響,產生位移增量,從而使刀尖實際切削運動軌跡發生變化狀態;

步驟a3,銑削振動造成銑刀整體發生了偏轉,從而使銑刀相對于初始狀態形成一個姿態夾角增量,根據步驟a1建立銑刀瞬時切削姿態模型,該模型反映銑刀偏轉前后的姿態變化;

步驟a4,根據步驟a3中各模型關系建立函數方程,對銑刀瞬時姿態夾角求解;

步驟b,對振動作用下的單齒切削邊界條件求解;

所述步驟b中對振動作用下的單齒切削邊界條件求解包括以下步驟:

b1,螺旋刃受結構的影響,逐點參與切削,在銑削振動和刀齒誤差的作用下,切削刃上各點的瞬時切削面積會不斷發生變化,基于微分原理,將銑刀刀齒i從基準底面開始劃分為k個微元,建立銑刀結構、銑削微元劃分及切削刃空間位置模型,該模型表征刀齒誤差以及銑削微元的空間位置;

b2,建立刀齒瞬時接觸角度模型,該模型解算瞬時參與切削的切削刃軸向邊界條件;

步驟c,建立銑刀刀齒瞬時切削層參數模型并計算;

所述步驟c中建立銑刀刀齒瞬時切削層參數模型并計算包括以下步驟:

c1,銑削振動和刀齒誤差改變了銑刀姿態和銑刀結構,從而對切削層參數產生影響,建立考慮銑削振動和刀齒誤差的瞬時切削層參數模型,該模型更加準確計算切削過程中的刀齒瞬時切削面積;

步驟c2,推導刀齒i的瞬時切削厚度數學模型,計算銑削微元瞬時切削面積;

步驟d,建立銑刀刀齒瞬時切削力模型并求解;

所述步驟d中建立銑刀刀齒瞬時切削力模型并求解包括以下步驟:

步驟d1,構建切削刃瞬時切削力系,揭示銑削振動和刀齒誤差的影響下,刀齒瞬時切削力分布的大小、方向和邊界條件的動態變化;

步驟d2,隨著切削過程的進行,切削刃上微元切削力的方向也在不斷變化,建立微元參考平面及銑刀坐標系中力的分解模型,將微元切削力分解到銑刀坐標系之中,即解算刀齒所受切削合力;

步驟d3,將微元主切削力分解到銑刀坐標系三個方向上,再通過坐標變化矩陣將銑刀坐標系三個方向上的微元力分解到工件坐標系三個方向上,最后依據單齒切削邊界條件,沿軸向對微元力進行積分,求解瞬時參與切削的切削刃上的切削合力;

步驟e,完成銑刀動態切削力模型的構建與驗證;

所述步驟e中完成銑刀動態切削力模型的構建與驗證包括以下步驟:

步驟e1,在銑削振動和刀齒誤差的作用下,刀齒和刀齒之間的瞬時切削力關系也在不斷變化,同時,瞬時參與切削的齒數直接決定了銑刀的瞬時切削力的大小,建立相鄰刀齒空間位置關系及瞬時切削接觸角度模型,表征相鄰刀齒的空間位置關系及瞬時切削接觸角度,即給出銑刀瞬時多齒切削判據;

步驟e2,為揭示刀齒與刀齒之間瞬時切削力的關系,建立振動作用下銑刀的瞬時切削力系;

步驟e3,將瞬時參與切削的各個刀齒的瞬時切削力進行累加求和,即解算出整把銑刀的動態切削力,構建銑刀動態切削力數學模型;

步驟e4,采用改進的關聯分析算法,計算實測動態切削力與仿真動態切削力的關聯度,即判斷動態切削力模型預測實際動態切削力變化特性的近似程度,構建實測動態切削力與仿真動態切削力的關聯矩陣;

步驟e5,通過相對誤差來評判動態切削力模型計算切削力最大值和最小值的解算精度;

步驟e6,通過關聯分析,沿銑刀進給速度、切削寬度和切削深度三個方向驗證利用動態切削力模型預測的動態變化特性與實驗測得的動態切削力變化特性的吻合程度,通過切削力最大值和最小值的相對誤差計算,驗證動態切削力模型沿銑刀進給速度、切削寬度和切削深度三個方向的切削力最大值和最小值的解算精度。

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