一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法技术

一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法，属于铣刀刀齿后刀面磨损解算方法领域，本发明专利技术能够完整描述刀齿后刀面摩擦磨损边界变化特性，揭示刀齿后刀面摩擦磨损边界形成过程。本发明专利技术中，采用多把具有相同结构的高进给铣刀，分别进行不同切削行程的铣削实验；提出刀齿后刀面摩擦磨损边界检测方法，揭示刀齿后刀面累积摩擦磨损边界的变化特性；构建刀齿误差和铣削振动作用下刀齿后刀面与加工表面瞬时接触关系模型，提出刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界判据，获取刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界；对比刀齿摩擦磨损边界的实验与仿真曲线方程系数相近性，验证上述模型和方法的正确性。本发明专利技术主要用于铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界的检测和解算。

A method to detect and calculate the friction and wear boundary of the back face of high feed milling cutter

【技术实现步骤摘要】
一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法
本专利技术属于高进给铣刀刀齿后刀面磨损解算方法领域，具体涉及一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法。
技术介绍
铣刀刀齿后刀面磨损边界的变化特性是评定铣刀使用寿命的重要参数，其摩擦磨损边界的测量与解算结果直接影响铣刀剩余使用寿命的评估和铣削工艺方案的设计。高进给铣刀是一种典型的高效铣削刀具，其断续切削加工过程中，受刀齿误差、铣削振动等因素影响，刀齿后刀面与工件加工表面的接触关系频繁变化，导致刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界形成过程处于不稳定状态，直接影响其最终的磨损结果。正确测量和解算高进给铣刀刀齿后刀面磨损边界的变化特性，对揭示铣刀刀齿后刀面摩擦磨损过程，精确评估铣刀使用寿命，提高铣刀的切削效率，降低高效铣削工艺成本具有重要理论意义和工程价值。刀齿后刀面磨损宽度变化的检测结果是评定铣刀使用寿命的重要依据。已有铣刀刀齿后刀面磨损检测方法及其存在的问题主要体现在以下几个方面：一是采用切削刃后刀面平均磨损宽度或最大磨损宽度，来反映刀齿后刀面磨损随切削行程增大而不断增加的特性。该方法不能完整地反映出刀齿后刀面摩擦磨损区域的变化特性，导致刀具使用寿命评定误差大、工艺成本增加和加工表面质量劣化等问题突出；二是采用单把铣刀进行多个切削行程的实验并中途停机检测磨损，该方法未考虑热力耦合场消散和刀齿安装误差等问题，导致刀齿后刀面磨损检测存在一定误差；三是刀齿后刀面摩擦磨损因素的识别，仅关注刀具角度和切削参数这两个主要影响因素，未考虑铣削振动和刀齿误差对刀齿后刀面与加工表面瞬时接触关系的影响，所构建铣刀与工件的接触关系模型存在一定缺陷；四是已有研究认为刀齿后刀面摩擦磨损形成过程是不断扩展导致，忽略了铣削振动对刀齿后刀面摩擦磨损过程影响，无法正确揭示刀齿后刀面摩擦磨损的形成过程。因此，就需要一种能够的高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有铣刀刀齿后刀面检测时不能完整的描述累积摩擦磨损边界的变化特性、无法得知刀齿后刀面累积摩擦磨损边界的形成过程的缺陷，本专利技术提供一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法，能够完整描述刀齿后刀面累积摩擦磨损边界的变化特性，揭示刀齿后刀面累积摩擦磨损边界的形成过程。本专利技术涉及一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法技术方案如下：本专利技术涉及一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法，包括以下步骤：步骤a，高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损实验方法：采用多把具有相同结构的高进给铣刀，分别进行不同切削行程的铣削实验。提取工件及加工表面几何结构参数，建立工件坐标系；提取铣刀结构特征变量，建立铣刀坐标系；提取刀齿结构特征变量，建立刀齿坐标系和刀齿误差分布序列；利用实验获取振动特征参数和刀齿后刀面摩擦磨损样本；步骤b，铣刀刀齿后刀面累积摩擦磨损边界检测方法：构建刀齿后刀面摩擦磨损边界检测坐标系，在检测坐标系中，依据铣刀摩擦磨损前后刀齿后刀面形貌特征差别，识别出刀齿后刀面累积摩擦磨损边界，按切削刃中点与最低点之间距离为采样点间距，对整条切削刃和后刀面累积摩擦磨损边界进行特征点提取；采用多项式拟合方法，获得刀齿后刀面累积摩擦磨损边界分布函数，揭示刀齿后刀面累积摩擦磨损边界的变化特性；为阐述检测坐标系与铣刀坐标系之间的转换关系，采用刀尖点与刀齿底面特征重合的方法，确定检测坐标系中刀尖点在铣刀坐标系中的位置关系；步骤c，刀齿误差和铣削振动对刀齿刀尖点瞬时位置的影响特性识别方法：铣削加工过程受刀齿误差和铣削振动因素影响，导致刀尖点的切削运动轨迹产生位移增量，铣刀整体姿态发生角度偏转，进而影响刀齿后刀面与加工表面瞬时接触关系；在铣刀坐标系中沿铣削宽度和铣削深度方向对刀尖点位移进行投影，解算沿铣削宽度和铣削深度方向的刀尖点位置坐标，给出受刀齿误差和铣削振动影响下的刀尖点瞬时位置坐标随切削行程增加而变化的曲线，揭示刀齿误差和铣削振动作用下刀齿刀尖点瞬时位置的变化特性；步骤d，刀齿后刀面与加工表面瞬时接触关系模型构建方法：考虑工件、铣刀结构特征变量和工艺变量，以及刀齿误差和铣削振动对铣刀位姿的影响特性，提出振动作用下铣刀及刀齿轨迹和姿态的解算方法。利用振动作用下铣刀及刀齿切削运动轨迹、姿态和切削刃的刃形方程，获取工件加工过渡表面方程；利用加工过渡表面方程和刀齿后刀面方程，获取刀齿瞬时位置角、切削刃参考点和瞬时接触边界曲线等特征参数；通过分析上述特征变量之间关系，考虑刀齿后刀面摩擦磨损检测坐标系与振动作用下的铣刀坐标系转换关系，揭示刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界的变化特性；步骤e，刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界解算方法：建立有限元仿真模型及边界条件，获取刀齿后刀面热力耦合场，提出铣刀刀齿后刀面与加工表面瞬时接触边界判剧；以刀齿后刀面等效应力场、温度场和磨损深度为判剧，获取刀齿后刀面与加工表面瞬时接触边界；采用刀齿后刀面累积摩擦磨损边界检测方法，对刀齿后刀面瞬时接触边界特征点进行识别和提取，进而得到刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界曲线；步骤f，刀齿后刀面累积摩擦磨损边界形成过程及仿真结果验证：利用刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界曲线，获取切削刃上不同位置处瞬时摩擦磨损下边界的最大值特征点，从而构建刀齿后刀面累积摩擦磨损边界曲线；揭示刀齿后刀面磨损边界不断扩展和瞬时摩擦边界非连续且频繁变动共同作用的刀齿后刀面累积摩擦磨损边界形成过程；利用刀齿后刀面累积摩擦磨损边界实验曲线和仿真曲线，对比分析曲线方程系数的相近性，验证上述模型及方法的正确性。进一步地：步骤a中的高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损实验，包括以下步骤：步骤a1、采用多把具有相同结构的高进给铣刀，分别进行不同切削行程的铣削实验；步骤a2、提取工件及加工表面的几何结构参数，建立工件坐标系；提取铣刀结构特征变量，建立铣刀坐标系，在工件坐标系中描述铣刀的位置状态；步骤a3、提取刀齿结构特征变量，建立刀齿坐标系和刀齿误差分布序列，在铣刀坐标系中表征刀齿绕铣刀中心旋转运动状态；步骤a4、利用实验获取振动特征参数和刀齿后刀面摩擦磨损样本。进一步地：步骤b中铣刀刀齿后刀面累积摩擦磨损边界检测，包括以下步骤：步骤b1、依据刀齿结构及特征参数，构建刀齿后刀面累积摩擦磨损边界检测坐标系；步骤b2、在检测坐标系中，依据摩擦磨损前后刀齿后刀面形貌特征差别，识别出刀齿后刀面累积摩擦磨损边界，按切削刃中点与最低点之间距离为采样点间距，对整条切削刃和后刀面累积摩擦磨损边界进行特征点提取；步骤b3、采用多项式拟合方法，获得刀齿后刀面累积摩擦磨损边界分布函数；分析刀齿后刀面累积摩擦磨损边界的变化特性；步骤b4、依据刀尖点与刀齿安装定位面特征重合的方法，在刀齿坐标系中反映检测坐标系的空间位置关系。进一步地：步骤c中刀齿误差和铣削振动对刀齿刀尖点瞬时位置的影响特性识别，包括以下步骤：步骤c1、根据铣刀各刀齿之间的对应关系，在铣刀坐标系中沿铣削宽度和铣削深度方向对刀尖点位移进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法，其特征在于，它包括以下步骤：/n步骤a，进行高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损实验，获取振动特征参数和刀齿后刀面摩擦磨损样本；/n步骤b，铣刀刀齿后刀面累积摩擦磨损边界检测，完整表征铣刀刀齿后刀面摩擦磨损区域；/n步骤c，刀齿误差和铣削振动对刀齿刀尖点瞬时位置的影响特性识别，揭示刀齿误差和铣削振动作用下刀齿刀尖点瞬时位置的变化特性；/n步骤d，刀齿后刀面与加工表面瞬时接触关系模型构建，揭示刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界的变化特性；/n步骤e，刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界解算，得到刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界曲线；/n步骤f，刀齿后刀面累积摩擦磨损边界形成过程及仿真结果验证。/n

【技术特征摘要】
1.一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤a，进行高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损实验，获取振动特征参数和刀齿后刀面摩擦磨损样本；
步骤b，铣刀刀齿后刀面累积摩擦磨损边界检测，完整表征铣刀刀齿后刀面摩擦磨损区域；
步骤c，刀齿误差和铣削振动对刀齿刀尖点瞬时位置的影响特性识别，揭示刀齿误差和铣削振动作用下刀齿刀尖点瞬时位置的变化特性；
步骤d，刀齿后刀面与加工表面瞬时接触关系模型构建，揭示刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界的变化特性；
步骤e，刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界解算，得到刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界曲线；
步骤f，刀齿后刀面累积摩擦磨损边界形成过程及仿真结果验证。


2.根据权利要求1所述的一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法，其特征在于，所述步骤a中的高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损实验，包括以下步骤：
步骤a1、采用多把具有相同结构的高进给铣刀，分别进行不同切削行程的铣削实验；
步骤a2、提取工件及加工表面的几何结构参数，建立工件坐标系；提取铣刀结构特征变量，建立铣刀坐标系，在工件坐标系中描述铣刀的位置状态；
步骤a3、提取刀齿结构特征变量，建立刀齿坐标系和刀齿误差分布序列，在铣刀坐标系中表征刀齿绕铣刀中心旋转运动状态；
步骤a4、利用实验获取振动特征参数和刀齿后刀面摩擦磨损样本。


3.根据权利要求1所述的一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法，其特征在于，所述步骤b中铣刀刀齿后刀面累积摩擦磨损边界检测，包括以下步骤：
步骤b1、依据刀齿结构及特征参数，构建刀齿后刀面累积摩擦磨损边界检测坐标系；
步骤b2、在检测坐标系中，依据摩擦磨损前后刀齿后刀面形貌特征差别，识别出刀齿后刀面累积摩擦磨损边界，按切削刃中点与最低点之间距离为采样点间距，对整条切削刃和后刀面累积摩擦磨损边界进行特征点提取；
步骤b3、采用多项式拟合方法，获得刀齿后刀面累积摩擦磨损边界分布函数；分析刀齿后刀面累积摩擦磨损边界的变化特性；
步骤b4、依据刀尖点与刀齿安装定位面特征重合的方法，在刀齿坐标系中反映检测坐标系的空间位置关系。


4.根据权利要求1所述的一种高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界检测与解算方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彬，王强，赵培轶，丁旺，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23