一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法及系统，该方法包括：获取工件参数、刀具参数和刀盘参数，确定刀盘与工件相对几何位置，建立刀具切削状态下刀盘坐标系；在刀盘坐标系下，根据工件参数和旋风铣刀参数，计算刀具的切入角度、切出角度和最大切削深度点角度；计算刀具切触点相对当前切削刀具的刀盘坐标系的坐标，计算切削深度；根据刀具形状和上述计算得到的切削深度，计算刀具加工时未变形切削面积；根据刀具参数，修正刀具余偏角，计算刀具圆弧刃区的等效余偏角，进一步计算整个刀具切削加工区域的等效余偏角；计算切削力，切削力的分力为斜角切削的走刀抗力和吃刀抗力以及切削主切削力。

A Cutting Force Prediction Method and System for Cyclone Envelope Milling Process

The invention relates to a cutting force prediction method and system for cyclone envelope milling process, which includes: obtaining workpiece parameters, cutter parameters and cutter head parameters, determining the relative geometric position of cutter head and workpiece, establishing cutter head coordinate system under cutter head state, calculating cutter cut-in angle and cut-out angle according to workpiece parameters and cyclone milling cutter parameters under cutter head coordinate system, and calculating cutter cut-in angle and cut-out angle according to workpiece parameters and cyclone Degree and maximum cutting depth point angle; Calculate the coordinates of the cutter contact point relative to the cutter disk coordinate system of the current cutting tool to calculate the cutting depth; Calculate the undistorted cutting area of the cutter in processing according to the cutter shape and the cutting depth calculated above; Correct the cutter residual angle according to the cutter parameters, calculate the equivalent residual angle of the cutter arc edge area, and further calculate the entire cutter. Equivalent residual deviation angle of the cutting area is used to calculate the cutting force. The cutting force is divided into the cutting tool resistance of oblique cutting, the cutting tool resistance of oblique cutting and the main cutting force of cutting.

【技术实现步骤摘要】
一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法及系统
本专利技术属于旋风包络铣削的
，尤其是涉及一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法及系统。
技术介绍
旋风铣削是一种利用装在高速旋转刀盘上的多把刀具从工件毛坯上铣削出螺纹的高效加工技术，广泛应用于异型螺杆类零件加工。传统的旋风铣削主要采用成型刀具。为了降低刀具成本并提高数控旋风铣床的柔性，人们采用具有一定刀尖半径的普通刀具代替成型刀具，利用数控技术包络加工出螺旋面，该方法称为旋风包络铣削。近些年来，螺杆的旋风包络铣削技术得到了长足的发展，能够实现在普通三轴机床上高效高精度地进行复杂螺杆类零件的加工，极大地降低了螺杆的生产加工成本。铣削力(切削力)是铣削过程中的重要物理参数，它直接影响铣削过程中工件的成型精度、表面质量、刀具寿命和机床系统的稳定性等，关系到产品的质量和成本。由于旋风铣削装置的安装特殊性和旋风铣削机夹刀具不断交替铣削的特性，在旋风铣削加工中很难实现切削力的在线测量，无法为螺杆旋风加工工艺参数设定做出指导。综上所述，针对现有技术的旋风包络铣削中无法进行切削力的在线测量得到切削力的问题，尚缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
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【技术保护点】
1.一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法，其特征在于，该方法包括：获取工件参数、刀具参数和刀盘参数，确定刀盘与工件相对几何位置，建立刀具切削状态下刀盘坐标系；在刀盘坐标系下，根据工件参数和旋风铣刀参数，计算刀具的切入角度、切出角度和最大切削深度点角度；计算刀具切触点相对当前切削刀具的刀盘坐标系的坐标，计算切削深度；根据刀具形状和上述计算得到的切削深度，计算刀具加工时未变形切削面积；根据刀具参数，修正刀具余偏角，计算刀具圆弧刃区的等效余偏角，进一步计算整个刀具切削加工区域的等效余偏角；计算切削力，切削力的分力为斜角切削的走刀抗力和吃刀抗力以及切削主切削力。

【技术特征摘要】
1.一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法，其特征在于，该方法包括：获取工件参数、刀具参数和刀盘参数，确定刀盘与工件相对几何位置，建立刀具切削状态下刀盘坐标系；在刀盘坐标系下，根据工件参数和旋风铣刀参数，计算刀具的切入角度、切出角度和最大切削深度点角度；计算刀具切触点相对当前切削刀具的刀盘坐标系的坐标，计算切削深度；根据刀具形状和上述计算得到的切削深度，计算刀具加工时未变形切削面积；根据刀具参数，修正刀具余偏角，计算刀具圆弧刃区的等效余偏角，进一步计算整个刀具切削加工区域的等效余偏角；计算切削力，切削力的分力为斜角切削的走刀抗力和吃刀抗力以及切削主切削力。2.如权利要求1所述的一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法，其特征在于，所述工件参数包括：零件尺寸、毛坯尺寸和工件转速；所述刀具参数包括：刀具数量和刀具几何参数；所述刀具几何参数包括刀尖圆弧半径和余偏角；所述刀盘参数包括：刀盘半径、刀盘转速和设定的轴向切削厚度；在确定刀盘与工件相对几何位置之前，根据毛坯尺寸、零件尺寸和刀盘半径确定工件与刀盘之间的安装偏心距e和安装角δ。3.如权利要求1所述的一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法，其特征在于，在建立的刀具切削状态下刀盘坐标系中，毛坯在刀具平面为一短轴轴长为r，长轴长度为r/cosδ的椭圆，即：x2cos2δ+(y-e)2＝r2(1)。4.如权利要求3所述的一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法，其特征在于，所述计算刀具的切入角度的具体步骤为:计算刀具进入切削状态的切入点坐标(x1，y1):根据切入点的坐标(x1，y1)计算刀具的切入角度：其中，x1为切入点横坐标值，y1切入点纵坐标值，R为刀盘半径，θ1为切入角。5.如权利要求4所述的一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法，其特征在于，所述计算刀具的最大切削深度点角度的具体步骤为:计算刀具到达切削深度最大点的坐标(x2，y2):根据切削深度最大点的坐标(x2，y2)计算刀具的最大切削深度点角度：其中，x2为最大切削深度点横坐标值，y2最大切削深度点纵坐标值，n1为工件转速，n2为刀盘转速，θ2为最大切削深度点角。6.如权利要求5所述的一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法，其特征在于，所述计算刀具的切出角度的具体步骤为:计算刀具离开切削状态的切出点坐标(x3，y3):其中，(xA，yA)为切入点的y轴对称点，满足：根据切出点坐标(x3，y3)计算刀具的切出角度：其中，x3为切入点横坐标值，y3切入点纵坐标值，xA为切入点的y轴对称点横坐标值，yA切入点的y轴对称点纵坐标值，θ3为切出角。7.如权利要求6所述的一种面向旋风包络铣削工艺的切削力预测方法，其特征在于，所述切削深度计算步骤包括：判断切削角θ与切入角θ1、切出角θ3和最大切削深度点角θ2的大小关系或判断刀具切触点与工件待加工表面边界的位置关系；若θ1≤θ≤θ2或刀具切触点位于工件待加工表面边界切入点至最大切削深度点段，该段任意刀具切触点坐标(xa，ya)为：其中，xb为当前切削刀具的刀盘坐标系中任意刀具切触点横坐标值，yb为当前切削刀具的刀盘坐标系中任意刀具切触点纵坐标值，该段的切削深度h1(θ)为：若θ2＜θ≤θ3或工件待加工表面边界为上一刀具残留轨迹，即上一刀具切削工件椭圆边界最大切削深度点至切入点段的残...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘日良，韩陆依，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37