一种基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算方法技术

技术编号:19199015 阅读:59 留言:0更新日期:2018-10-20 01:25
本发明专利技术提供一种基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算方法,采用以下步骤:1)建立基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算模型,2)建立净去除材料比能测量方法,3)计算净去除材料比能计算模型中待定系数,4)根据加工参数、刀具磨损量,计算数控铣削净去除材料比能。其特征在于,首先根据铣削能耗以及铣削力与加工参数的关系,建立基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算模型;建立数控铣削净去除材料比能测量方法;然后由铣削实验得到一个超定方程组,求最小二乘解得到净去除材料比能计算模型中待定系数;最后根据加工参数以及刀具磨损量计算数控铣削净去除材料比能。本发明专利技术考虑了刀具磨损量的影响,计算简单、精度高。

A method for calculating material specific energy of CNC milling based on tool wear quantity

The invention provides a method for calculating the specific energy of NC milling material with net removal based on tool wear. The method adopts the following steps: 1) establishing the calculation model of specific energy of NC milling material with net removal based on tool wear, 2) establishing the measurement method of specific energy of net removal material, 3) calculating the undetermined system in the calculation model of specific energy of net removal material. Number 4) according to machining parameters and tool wear, the material specific energy of NC milling is calculated. It is characterized in that, firstly, according to the milling energy consumption and the relationship between milling force and machining parameters, the calculation model of material specific energy for NC milling net removal based on tool wear is established; the measurement method of material specific energy for NC milling net removal is established; secondly, an overdetermined equation set is obtained by milling experiment, and the least square solution is obtained to get the net removal. The undetermined coefficient in the calculation model of material specific energy is removed, and the net material specific energy is calculated according to the machining parameters and tool wear. The invention considers the influence of tool wear quantity, and has simple calculation and high precision.

【技术实现步骤摘要】
一种基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算方法
本专利技术涉及一种数控铣削净去除材料比能计算方法,特别是涉及一种基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算方法。
技术介绍
数控铣床在工作过程中消耗大量电能。数控铣床在开机后并且主轴、进给轴、冷却液泵等均不工作情况下的功率称为机床待机功率,为常数。所以机床待机能耗取决于机床工作时间,即从开机到关机的时间。主轴空载旋转不加工时,主轴电机消耗功率称为主轴空载功率,所以主轴空载能耗取决于主轴实际运动时间和主轴转速。在铣削加工中经常需要通冷却液,冷却液泵电机消耗功率为常数。实际数控铣削过程中可借助功率测量仪器,测出机床能耗、机床待机能耗、主轴空载能耗、冷却泵电机能耗,然后从机床能耗中分离出机床待机能耗、主轴空载能耗及冷却泵电机能耗得到数控铣削净去除材料能耗。该数控铣削净去除材料能耗计算过程需要借助功率测量仪器,而且计算比较复杂。数控铣削净去除材料能耗与去除材料体积之比称为数控铣削净去除材料比能。数控铣削净去除材料比能与加工参数、刀具磨损量密切相关。如何根据加工参数、刀具磨损量,简单准确的计算出数控铣削净去除材料比能,对于研究如何优化加工参数以降低能耗具有重要的指导意义,已成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单、准确的数控铣削净去除材料比能计算方法。其技术方案为:采用以下步骤:1)建立基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算模型,2)建立数控铣削净去除材料比能测量方法,3)计算数控铣削净去除材料比能计算模型中各待定系数,4)根据加工参数、刀具磨损量,计算数控铣削净去除材料比能。其特征在于:步骤1)中,铣削过程中一般用指数公式根据加工参数计算铣削力,在同样的加工参数下刀具磨损对铣削力的影响也是指数规律。根据铣削能耗特性,建立基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算模型:Unet=b×apc×aed×fx×Vy×(1+w)z(1)其中,Unet是铣削净去除材料比能;ap是背吃刀量;ae是侧吃刀量;f是进给量;V是切削速度;w是铣刀磨损量;b、c、d、x、y、z是与刀具材料、工件材料相关的待定系数。步骤2)中,建立数控铣削净去除材料比能测量方法:Enet=EM-Eidle-Esu-Ecool(2)Unet=Enet∕Q(3)其中,Enet是数控铣削中净去除材料能耗;EM是从铣削开始到铣削结束数控铣床能耗;Eidle是从铣削开始到铣削结束机床待机能耗,因为机床待机功率是固定值,可测量,所以Eidle取决于实际铣削时间;Esu是从铣削开始到铣削结束,机床主轴以设定转速空载旋转时主轴电机能耗,当设定主轴转速后,主轴空载旋转功率为常数,可事先测量;Ecool是从铣削开始到铣削结束冷却泵电机能耗,因为冷却泵电机功率是固定值,可测量,所以Ecool取决于实际铣削时间;Q是铣削中去除材料体积。步骤3)中,计算公式(1)所述净去除材料比能计算模型中各待定系数:在刀具材料、工件材料确定后,选取一长方体工件上表面作为铣削对象,对于每次铣削加工,在加工前和加工后分别测量铣刀后刀面磨损量,取平均值作为该次铣削加工中铣刀磨损量w;选取13组以上加工参数进行铣削实验,将ap、ae、f、V、w以及用公式(2)(3)测量得到的Unet代入公式(1),得到一个超定方程组,基于最小二乘法计算得到待定系数b、c、d、x、y、z。步骤4)中,根据加工参数ap、ae、f、V以及刀具磨损量w,可在不借助功率测量仪器的情况下,由公式(1)计算数控铣削净去除材料比能。本专利技术与现有方法相比,其优点是:综合考虑了加工参数、刀具磨损量的影响来计算数控铣削净去除材料比能,计算方法简单,计算精度高。附图说明图1是本专利技术的数控铣削净去除材料比能计算流程图。图2是本专利技术的数控铣削净去除材料比能计算模型中待定系数计算流程图。具体实施方式下面结合图1图2对本专利技术做进一步详细描述。步骤1)中,根据铣削过程中能耗特性以及铣削力与加工参数的关系,建立基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算模型:Unet=b×apc×aed×fx×Vy×(1+w)z(1)其中,Unet是铣削净去除材料比能;ap是背吃刀量;ae是侧吃刀量;f是进给量;V是切削速度;w是铣刀磨损量;b、c、d、x、y、z是与刀具材料、工件材料相关的待定系数。步骤2)中,建立数控铣削净去除材料比能测量方法:Enet=EM-Eidle-Esu-Ecool(2)Unet=Enet∕Q(3)其中,Enet是数控铣削中净去除材料能耗;EM是从铣削开始到铣削结束数控铣床能耗;Eidle是从铣削开始到铣削结束机床待机能耗,因为机床待机功率是固定值,可测量,所以Eidle取决于实际铣削时间;Esu是从铣削开始到铣削结束,机床主轴以设定转速空载旋转时主轴电机能耗,当设定主轴转速后,机床主轴空载旋转功率为常数,可事先测量;Ecool是从铣削开始到铣削结束冷却泵电机能耗,因为冷却泵电机功率是固定值,可测量,所以Ecool取决于实际铣削时间;Q是铣削中去除材料体积。步骤3)中,计算公式(1)所述数控铣削净去除材料比能计算模型中各待定系数:在刀具材料、工件材料确定后,选取一长方体工件上表面作为铣削对象,对于每次铣削加工,在加工前和加工后分别测量铣刀后刀面磨损量,取平均值作为该次铣削加工中铣刀磨损量w;选取13组以上加工参数进行铣削实验,将ap、ae、f、V、w以及用公式(2)(3)测量得到的Unet代入公式(1),得到一个超定方程组,基于最小二乘法计算待定系数b、c、d、x、y、z。步骤4)中,根据加工参数ap、ae、f、V以及刀具磨损量w,可在不借助功率测量仪器的情况下,由公式(1)计算数控铣削净去除材料比能。本专利技术在XD-40A立式数控铣床中获得实现。所用铣削工件为45#钢矩形块200mm×150mm×60mm,刀具为直径20mm的硬质合金端铣刀,采用WT1800功率分析仪。进行了14次平面铣削实验,每次试验中加工前和加工后分别测量铣刀后刀面磨损量,取平均值作为该次铣削实验中铣刀磨损量w。在铣削实验前,先用功率分析仪测出机床待机功率,针对不同转速时主轴空载功率,以及冷却泵电机功率。试验中加工参数、刀具磨损量及净去除材料比能如表1所示。表1铣削试验及实测的刀具磨损量、净去除材料比能将表1中14组数据代入公式(1)得到一个超定方程组,基于最小二乘法求出待定系数为:b=297.7831,c=-0.4067,d=-0.7545,x=-0.7514,y=-0.8137,z=0.3869。则基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算模型为:Unet=297.7831×ap-0.4067×ae-0.7545×f-0.7514×V-0.8137×(1+w)0.3869(4)用一组新的加工参数来验证该数控铣削净去除材料比能计算方法的计算精度,如表2所示,实测净去除材料比能为3.72J/mm3,用公式(4)计算的净去除材料比能为3.81J/mm3,计算精度为97.6%。表2对所建立数控铣削净去除材料比能计算模型的验证试验本专利技术综合考虑了加工参数、刀具磨损量的影响来计算数控铣削净去除材料比能,计算方法简单,计算精度高。该
技术实现思路
有助于各种数控铣削设备选择节能的加工本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算方法,采用以下步骤:1)建立基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算模型,2)建立数控铣削净去除材料比能测量方法,3)计算数控铣削净去除材料比能计算模型中各待定系数,4)根据加工参数、刀具磨损量,计算数控铣削净去除材料比能,其特征在于:步骤1)中,根据铣削过程中能耗特性以及铣削力与加工参数的关系,建立基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算模型:Unet=b×apc×aed×fx×Vy×(1+w)z                           (1)其中,Unet是铣削净去除材料比能;ap是背吃刀量;ae是侧吃刀量;f是进给量;V是切削速度;w是铣刀磨损量;b、c、d、x、y、z是待定系数;步骤2)中,建立数控铣削净去除材料比能测量方法:Enet=EM‑Eidle‑Esu‑Ecool                                             (2)Unet= Enet∕Q                                                         (3)其中,Enet是数控铣削中净去除材料能耗;EM是从铣削开始到铣削结束数控铣床能耗;Eidle是从铣削开始到铣削结束机床待机能耗;Esu是从铣削开始到铣削结束,机床主轴以设定转速空载旋转时主轴电机能耗;Ecool是从铣削开始到铣削结束冷却泵电机能耗;Q是铣削中去除材料体积;步骤3)中,计算数控铣削净去除材料比能计算模型中各待定系数:在刀具材料、工件材料确定后,选取一长方体工件上表面作为铣削对象,对于每次铣削加工,在加工前和加工后分别测量铣刀后刀面磨损量,取平均值作为该次铣削加工中铣刀磨损量w;选取13组以上加工参数进行铣削实验,将背吃刀量ap、侧吃刀量ae、进给量f、切削速度V、刀具磨损量w,以及用公式(2)(3)测量得到的铣削净去除材料比能Unet,代入公式(1)得到一个超定方程组,基于最小二乘法计算待定系数b、c、d、x、y、z;步骤4)中,根据背吃刀量ap、侧吃刀量ae、进给量f、切削速度V以及刀具磨损量w,可在不借用功率测量仪器的情况下,由公式(1)计算数控铣削净去除材料比能。...

【技术特征摘要】
1.一种基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算方法,采用以下步骤:1)建立基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算模型,2)建立数控铣削净去除材料比能测量方法,3)计算数控铣削净去除材料比能计算模型中各待定系数,4)根据加工参数、刀具磨损量,计算数控铣削净去除材料比能,其特征在于:步骤1)中,根据铣削过程中能耗特性以及铣削力与加工参数的关系,建立基于刀具磨损量的数控铣削净去除材料比能计算模型:Unet=b×apc×aed×fx×Vy×(1+w)z(1)其中,Unet是铣削净去除材料比能;ap是背吃刀量;ae是侧吃刀量;f是进给量;V是切削速度;w是铣刀磨损量;b、c、d、x、y、z是待定系数;步骤2)中,建立数控铣削净去除材料比能测量方法:Enet=EM-Eidle-Esu-Ecool(2)Unet=Enet∕Q(3)其中,Enet是数控铣削中净去除材料能耗;EM是从铣削开始到铣削结束数控铣床能耗...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵国勇赵玉刚张丽丽朱培宇程祥
申请(专利权)人:山东理工大学
类型:发明
国别省市:山东,37

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