一种方肩铣刀刀齿副后刀面摩擦系数动态特性解算方法技术

一种方肩铣刀刀齿副后刀面摩擦系数动态特性解算方法，属于铣刀加工技术领域。本发明专利技术包括铣刀刀齿副后刀面面积单元解算方法；求解铣刀刀齿副后刀面面积单元摩擦速度；铣刀刀齿副后刀面热力耦合场特征参数提取方法；构建铣刀刀齿副后刀面瞬时摩擦能耗分布函数；铣刀刀齿副后刀面累积摩擦能耗验证方法；铣刀刀齿副后刀面瞬时摩擦系数及瞬时摩擦应力解算方法。目的是为了解决提出一种方肩铣刀刀齿副后刀面摩擦系数动态特性解算方法的问题，通过构建刀齿副后刀面面积单元并给出具体解算方法并基于原子界面理论提出一种能够有效表征瞬时摩擦特征参数的解算方法，并在面积单元上构建精确的摩擦特征点处的摩擦速度的分布函数与法向应力分布函数。法向应力分布函数。

【技术实现步骤摘要】
一种方肩铣刀刀齿副后刀面摩擦系数动态特性解算方法


[0001]本专利技术涉及铣刀刀齿副后刀面面积单元解算方法，属于铣刀加工


技术介绍

[0002]方肩铣刀在断续铣削过程中，受铣刀自身的刀齿误差、铣削振动等因素影响，刀齿副后刀面与工件加工过渡表面呈现出不稳定的接触关系，致使刀齿副后刀面与工件加工过渡表面摩擦接触区域特征点的摩擦系数发生动态变化，而已有的摩擦系数往往被认为是常量，忽视了摩擦系数是受刀齿副后刀面瞬时接触微元面积、摩擦速度、法向应力等因素的交互作用，结果导致摩擦系数、摩擦应力、摩擦能耗解算结果与实际结果误差较大。因此，提出精确的刀齿副后刀面摩擦接触区摩擦系数解算方法对表征刀齿副后刀面摩擦学特征参数例如摩擦应力与摩擦能耗在刀齿副后刀面的分布是十分必要的。

技术实现思路

[0003]本专利技术研发目的是为了解决提出一种方肩铣刀刀齿副后刀面摩擦系数动态特性解算方法的问题，在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方肩铣刀刀齿副后刀面摩擦系数动态特性解算方法，其特征在于，包括：步骤1，铣刀刀齿副后刀面面积单元解算方法；步骤2，基于步骤1，求解铣刀刀齿副后刀面面积单元摩擦速度；步骤3，铣刀刀齿副后刀面热力耦合场特征参数提取方法；步骤4，构建铣刀刀齿副后刀面瞬时摩擦能耗分布函数；步骤5，铣刀刀齿副后刀面累积摩擦能耗验证方法；步骤6，铣刀刀齿副后刀面瞬时摩擦系数及瞬时摩擦应力解算方法。2.根据权利要求1所述的一种方肩铣刀刀齿副后刀面摩擦系数动态特性解算方法，其特征在于，所述步骤1包括：铣刀轴向径向误差测量方法：Δr
i
＝r
max
‑
r
i
(i＝1,2
···
m)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，Δr
i
为第i个刀齿的径向误差，r
i
为铣刀第i个刀齿刀尖点的回转半径，其中，i＝1,2,3，r
max
为铣刀三个刀齿刀尖点的最大回转半径；轴向误差计算方法如下：Δz
i
＝l1‑
l
i
(i＝1,2
···
m)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，Δz
i
为第i个刀齿的轴向误差，l1为铣刀最低点到端面距离，l
i
为第i个刀齿最低点到端面距离；刀齿i坐标系o
i
‑
a
i
b
i
c
i
与铣刀结构坐标系O
s
‑
XYZ的旋转矩阵I1、平移矩阵M1分别为：其中为第i个刀齿瞬时位置角；铣刀结构坐标系O
s
‑
XYZ与振动作用下的铣刀切削坐标系O
c
‑
UVW的瞬时旋转矩阵I2为:其中，为V轴与Y轴在UVW平面内的瞬时夹角：式中，为铣刀初始切入时刻，即t＝0时刻V轴与Y轴在UVW平面内的夹角，即：其中a
e
为切削宽度；振动作用下的铣刀切削坐标系O
c
‑
UVW与无振动作用下的铣刀切削坐标系o0‑
uvw的瞬时旋转矩阵I3、I4，瞬时平移矩阵M2分别为：
其中，θ1(t)为W轴在在vo0w平面上的投影与w轴的瞬时夹角，θ2(t)为W轴在uo0w面的投影与w轴的瞬时夹角，A
x
(t)、A
y
(t)、A
z
(t)分别为铣刀沿x、y、z轴方向的振动位移；无振动作用下的铣刀切削坐标系o0‑
uvw与工件坐标系o
‑
xyz的瞬时平移矩阵M3为：式中，x
o0
(t),y
o0
(t),z
o0
(t)为无振动作用下的铣刀切削坐标系坐标原点o
o
在工件坐标系o
‑
xyz中的瞬时位置坐标；其中，v
f
为铣刀进给速度，L0为工件的长，W0为工件的宽，H0为工件的高，a
p
为工件的切削深度；振动作用下铣刀中心点轨迹O
c
(x,y,z)、铣刀姿态角θ(t)、铣刀方向角θ'(t)等变量具体求解方法如下：(1)振动作用下的铣刀切削坐标系O
c
‑
UVW坐标原点的运动轨迹O
c
(x，y，z)为：O
c
(x,y,z)＝[x,y,z,1]
T
＝M3·
[A
x
(t),A
y
(t),A
z
(t),1]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)(2)W轴与w轴的瞬时夹角θ(t)为：其中，θ(t)为铣刀瞬时姿态角；l为铣刀悬申量长度；(3)其中，W轴分别在vo0w面、uo0w面的投影与w轴的夹角为：(4)θ'(t)为W轴在uo0w平面上的投影与v轴之间的夹角，解算如下式：
(5)刀齿坐标系o
i
‑
a
i
b
i
c
i
与工件坐标系o
‑
xyz转换关系矩阵如下：(6)在工件坐标系中，副切削刃l'
f
的方程为：其中，为刀齿副切削刃上任意一点距离刀尖点的长度，为刀齿副切削刃总长，k'
r
为刀齿副后刀面副偏角，λ'
s
为刀齿副后刀面副刃倾角；(7)令则刀齿i刀尖点o
i
在工件坐标系中的运动轨迹o
i
(x，y，z)如式(17)所示：(8)在工件坐标系中刀齿副后刀面A
i
'与工件加工过渡表面B
i
的摩擦副s
m
如式(18)所示：其中，刀齿副后刀面在切削过程中形成瞬时摩擦磨损上下边界如式(19)所示；其中，l
u
为刀齿副后刀面摩擦副摩擦上边界，l
d
为刀齿副后刀面摩擦副摩擦下边界；(9)在工件坐标系中，刀齿副后刀面方程为
为刀齿副后刀面，为刀齿副后刀面各个边；工件坐标系中工件加工过渡表面B
i
解算方法如式(21)所示；其中，为刀具瞬时切入工件时刻，为完成本次切削刀具瞬时切出工件时刻；通过材料力学分析，在刀齿瞬时切削过程中，当刀齿副切削刃上的等效应力σ大于材料的屈服强度σ
s
时，切削刃区域的材料会发生脱落，所以刀齿的磨损上边界可使用等效应力作为判据如式(22)所示；σ≥σ
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)式中，σ为等效应力，σ
s
为屈服强度；识别出每个截面处等效应力大小为屈服强度σ
s
的特征点位置对应的坐标值，将所有截面上的特征点在刀齿坐标系中连接，构建出铣刀刀齿后刀面瞬时摩擦上边界曲线；在整个铣削过程中，从刀齿的切入到切出铣刀刀齿后刀面的接触区域与非接触区域都存在等效应变，而摩擦接触区域等效应变数值较大并沿着切削刃的法矢量方向逐渐减小并在瞬时磨损下边界发生突变，因此，可通过等效应变变化率来识别刀齿后刀面磨损下边界节点，如式(23)所示；式中，ε为等效应变，ε'为等效应变率，Y
i
为刀齿测量坐标系纵坐标；通过对摩擦副瞬时接触关系的表征，在刀齿副后刀面瞬时接触摩擦区域内选取特征点，并对瞬时接触面积单元进行解算，解算方法如下；ds为刀齿副后刀面瞬时接触面积单元；da
i
为面积单元长度在平面a
i
o
i
b
i
平面上的投影；db
i
面积单元宽度在平面a
i
o
i
b
i
平面上的投影；γ为面积单元法矢量方向与c
i
轴之间的夹角，ds解算方法如下式：式(24)中，γ(a
i
，b
i
，c
i
)函数构建如式(25)；3.根据权利要求2所述的一种方肩铣刀刀齿副后刀面摩擦系数动态特性解算方法，其特征在于，所述步骤2包括：对公式(17)解算得到刀齿任意点轨迹参数方程如下：将式(26)刀齿任一点轨迹对时间求偏导，得到沿工件坐标系x，y，z轴方向的任意分速度如下：
式(27)中，v
nx
为沿x轴方向的分速度；v
ny
为沿y轴方向的分速度；v
nz
为沿z轴方向的分速度；任意点相对运动速度v
n
解算方法如下：相对运动速度v
n
在工件坐标系中的单位向量如下：刀齿后刀面与工件过渡表面交点o
r
如下：过o
r
点并与刀齿后刀面、工件加工过渡表面的公切面P
i
如下：做v
n
在在公切面P
i
上的投影并过点o
r
做投影方向上单位向量如下：其中，l
px
为单位向量在x轴方向上的分向量；l
py
为单位向量在y轴方向上的分向量；l
pz
为单位向量在z轴方向上的分向量；在工件坐标系中，后刀面上任意点的摩擦速度v
m
为：v
m
＝v
n
·
cosθ
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(33)其中，θ
m
为相对运动速度v
n
与单位向量之间的夹角，计算方法如下所示：θ
m
＝π
‑
θ
c
ꢀꢀꢀꢀ
(34)式(35)中，θ
c
为相对运动速度v
n
与摩擦速度v
m
之间的夹角；在工件坐标系中，副后刀面上任意点的摩擦速度方向向量解算如式(36)；其中，v
mx
、v
my

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彬，李伟恒，赵培轶，王成基，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：