高效铣刀后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法技术

高效铣刀后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法，属于机械加工技术领域。本发明专利技术包括步骤1，刀齿后刀面特征点轨迹识别方法；步骤2，后刀面特征速度矢量与应力的解算方法；步骤3，后刀面超晶胞破坏判据；步骤4，后刀面摩擦磨损瞬时边界构建方法；步骤5，后刀面累积摩擦磨损边界及其实验验证。本发明专利技术研发目的是为了解决在铣刀切削过程中，由于铣削振动的多变性，使得刀齿后刀面的摩擦过程存在不确定性，导致其摩擦磨损边界的识别具有模糊性，铣刀使用寿命评定存在困难的问题，本发明专利技术研究刀齿后刀面超晶胞变形和破坏特性，提出后刀面摩擦磨损边界的跨尺度识别方法，对揭示高效铣刀摩擦磨损的形成和演变过程具有重要现实意义。和演变过程具有重要现实意义。和演变过程具有重要现实意义。

Cross scale identification method of friction and wear boundary on the flank of high efficiency milling cutter

【技术实现步骤摘要】
高效铣刀后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法


[0001]本专利技术涉及一种高效铣刀后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法，属于机械加工


技术介绍

[0002]高进给铣刀是一种典型的高效切削刀具，广泛应用于大型结构件加工。在铣刀刀齿切入、切出工件所产生的冲击作用下，刀齿和工件之间的瞬时接触关系处于不稳定状态。同时，铣刀切削过程中，铣削振动的多变性，使得刀齿后刀面的摩擦过程存在不确定性，导致其摩擦磨损边界的识别具有模糊性，铣刀使用寿命评定存在困难。
[0003]在断续切削载荷和振动的共同作用下，铣刀刀齿后刀面的摩擦磨损起源于介观尺度下的超晶胞破坏，经历跨尺度累积、演变过程，形成宏观摩擦磨损区域。因此，研究刀齿后刀面超晶胞变形和破坏特性，提出后刀面摩擦磨损边界的跨尺度识别方法，对揭示高效铣刀摩擦磨损的形成和演变过程具有重要现实意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术研发目的是为了解决在铣刀切削过程中，由于铣削振动的多变性，使得刀齿后刀面的摩擦过程存在不确定性，导致其摩擦磨损边界的识别具有模糊性，铣刀使用寿命评定存在困难的问题，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。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]高效铣刀后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法，包括：
[0007]步骤1，刀齿后刀面特征点轨迹识别方法；
[0008]步骤2，后刀面特征速度矢量与应力的解算方法；
[0009]步骤3，后刀面超晶胞破坏判据；
[0010]步骤4，后刀面摩擦磨损瞬时边界构建方法；
[0011]步骤5，后刀面累积摩擦磨损边界及其实验验证。
[0012]优选的：所述步骤1，刀齿后刀面特征点轨迹识别方法包括：
[0013]构建高进给铣刀及其刀齿结构，沿铣刀刀齿径向方向，与靠近铣刀中心的刀齿刀尖点相切，垂直于安装定位平面的轴，定义为y
q
轴，把位于安装定位平面，并与y
q
轴垂直的轴，定义为x
q
轴，沿x
q
方向等距划分x1～x
N
；以刀齿切削刃为基准，沿y
q
方向等距偏置划分曲线y1～y
M
，将刀齿后刀面左侧端点的特征点沿x
q
轴方向依次标记为特征点o
a1
～o
aN
；沿y
q
轴反方向的特征点依次标记为o
a1
～o
M1
；
[0014]o
s
‑
x
s
y
s
z
s
为铣刀结构坐标系，其中o
s
为铣刀回转中心即铣刀原点；o
i
‑
x
i
y
i
z
i
为刀齿坐标系，坐标原点o
i
为铣刀第j个刀齿的刀尖点；x
i
轴平行于刀齿安装定位平面；y
i
轴垂直于刀齿安装定位平面；z
i
轴与x
i
轴、y
i
轴垂直，r
i
为铣刀任意刀齿名义回转半径；r
max
为铣刀刀
齿最大回转半径；θ
i
为铣刀齿间夹角，α
i
为铣刀刀齿安装角度；Δz
i
为刀齿轴向误差；Δr
i
为刀齿径向误差；D为铣刀刀柄直径；H(x
i
，y
i
，z
i
)＝0为刀齿后刀面方程；
[0015]铣削加工过程中，受铣削振动影响，铣刀切削姿态发生偏置，建立振动下的铣刀切削参考坐标系与铣刀切削姿态模型；
[0016]o
g
‑
x
g
y
g
z
g
为工件坐标系，其中x
g
轴与铣刀进给速度方向一致，y
g
轴与切宽方向一致，z
g
轴与切深方向一致，以无振动条件下的铣刀回转中心o0为原点，建立无振动铣刀切削坐标系o0‑
x0y0z0，其中x0轴、y0轴和z0轴分别与工件坐标系的x
g
轴、y
g
轴和z
g
轴平行，在铣削振动作用下，铣刀坐标系原点变为o
d
，建立振动铣刀切削坐标系o
d
‑
x
d
y
d
z
d
，其中x
d
轴、y
d
轴和z
d
轴为受振动作用引起的x0轴、y0轴和z0轴的偏置，o
s
‑
x
s
y
s
z
s
为铣刀结构坐标系，其中o
s
为刀齿回转中心点，x
s
轴为o
s
指向刀齿铣削半径最大刀尖点，z
s
轴与z
g
轴平行，y
s
轴与x
s
轴、z
s
轴垂直；e、o0分别为铣刀悬伸量的起点和终点；l为铣刀悬伸长度；为铣刀切入工件时的瞬时位置角；θ
i
(t)为振动引起的铣刀偏置角；eo
a
为z
d
轴在平面z0o0x0上的投影，eo
b
为z
d
轴在平面z0o0y0上的投影；其中eo
a
与z0轴的夹角为θ1(t)，eo
b
与z0轴的夹角为θ2(t)；A
x
(t)、A
y
(t)、A
z
(t)分别为x0、y0、z0轴上的振动位移；
[0017]刀齿后刀面特征点在工件坐标系中的轨迹方程为：
[0018][x
g y
g z
g 1]T
＝M3M2T4T3T2M1T1[x
q y
q z
q 1]T
ꢀꢀꢀ
(1)
[0019]式(1)中，M1、T1为刀齿坐标系与铣刀结构坐标系间的转换矩阵；T2为铣刀结构坐标系与振动作用下铣刀切削坐标系间的转换矩阵；M2、T3、T4为振动作用下的铣刀切削坐标系与无振动作用下的铣刀切削坐标系间的转换矩阵；M3为无振动作用下的铣刀切削坐标系与工件坐标系间的转换矩阵，如式(2)～式(4)所示；
[0020][0021][0022][0023]优选的：所述步骤2，后刀面特征速度矢量与应力的解算方法包括：
[0024]建立后刀面特征点相对于加工过渡表面的特征速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高效铣刀后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法，其特征在于：包括：步骤1，刀齿后刀面特征点轨迹识别方法；步骤2，后刀面特征速度矢量与应力的解算方法；步骤3，后刀面超晶胞破坏判据；步骤4，后刀面摩擦磨损瞬时边界构建方法；步骤5，后刀面累积摩擦磨损边界及其实验验证。2.根据权利要求1所述的高效铣刀后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法，其特征在于：所述步骤1，刀齿后刀面特征点轨迹识别方法包括：构建高进给铣刀及其刀齿结构，沿铣刀刀齿径向方向，与靠近铣刀中心的刀齿刀尖点相切，垂直于安装定位平面的轴，定义为y
q
轴，把位于安装定位平面，并与y
q
轴垂直的轴，定义为x
q
轴，沿x
q
方向等距划分x1～x
N
；以刀齿切削刃为基准，沿y
q
方向等距偏置划分曲线y1～y
M
，将刀齿后刀面左侧端点的特征点沿x
q
轴方向依次标记为特征点o
a1
～o
aN
；沿y
q
轴反方向的特征点依次标记为o
a1
～o
M1
；o
s
‑
x
s
y
s
z
s
为铣刀结构坐标系，其中o
s
为铣刀回转中心即铣刀原点；o
i
‑
x
i
y
i
z
i
为刀齿坐标系，坐标原点o
i
为铣刀第j个刀齿的刀尖点；x
i
轴平行于刀齿安装定位平面；y
i
轴垂直于刀齿安装定位平面；z
i
轴与x
i
轴、y
i
轴垂直，r
i
为铣刀任意刀齿名义回转半径；r
max
为铣刀刀齿最大回转半径；θ
i
为铣刀齿间夹角，α
i
为铣刀刀齿安装角度；Δz
i
为刀齿轴向误差；Δr
i
为刀齿径向误差；D为铣刀刀柄直径；H(x
i
，y
i
，z
i
)＝0为刀齿后刀面方程；铣削加工过程中，受铣削振动影响，铣刀切削姿态发生偏置，建立振动下的铣刀切削参考坐标系与铣刀切削姿态模型；o
g
‑
x
g
y
g
z
g
为工件坐标系，其中x
g
轴与铣刀进给速度方向一致，y
g
轴与切宽方向一致，z
g
轴与切深方向一致，以无振动条件下的铣刀回转中心o0为原点，建立无振动铣刀切削坐标系o0‑
x0y0z0，其中x0轴、y0轴和z0轴分别与工件坐标系的x
g
轴、y
g
轴和z
g
轴平行，在铣削振动作用下，铣刀坐标系原点变为o
d
，建立振动铣刀切削坐标系o
d
‑
x
d
y
d
z
d
，其中x
d
轴、y
d
轴和z
d
轴为受振动作用引起的x0轴、y0轴和z0轴的偏置，o
s
‑
x
s
y
s
z
s
为铣刀结构坐标系，其中o
s
为刀齿回转中心点，x
s
轴为o
s
指向刀齿铣削半径最大刀尖点，z
s
轴与z
g
轴平行，y
s
轴与x
s
轴、z
s
轴垂直；e、o0分别为铣刀悬伸量的起点和终点；l为铣刀悬伸长度；为铣刀切入工件时的瞬时位置角；θ
i
(t)为振动引起的铣刀偏置角；eo
a
为z
d
轴在平面z0o0x0上的投影，eo
b
为z
d
轴在平面z0o0y0上的投影；其中eo
a
与z0轴的夹角为θ1(t)，eo
b
与z0轴的夹角为θ2(t)；A
x
(t)、A
y
(t)、A
z
(t)分别为x0、y0、z0轴上的振动位移；刀齿后刀面特征点在工件坐标系中的轨迹方程为：[x
g y
g z
g 1]
T
＝M3M2T4T3T2M1T1[x
q y
q z
q 1]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中，M1、T1为刀齿坐标系与铣刀结构坐标系间的转换矩阵；T2为铣刀结构坐标系与振动作用下铣刀切削坐标系间的转换矩阵；M2、T3、T4为振动作用下的铣刀切削坐标系与无振动作用下的铣刀切削坐标系间的转换矩阵；M3为无振动作用下的铣刀切削坐标系与工件坐标系间的转换矩阵，如式(2)～式(4)所示；
3.根据权利要求2所述的高效铣刀后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法，其特征在于：所述步骤2，后刀面特征速度矢量与应力的解算方法包括：建立后刀面特征点相对于加工过渡表面的特征速度矢量模型，G(x
g
(t)，y
g
(t)，z
g
(t))＝0为加工过渡表面方程；H(x
g
(t)，y
g
(t)，z
g
(t))＝0为刀齿后刀面方程；P(x
g
(t)，y
g
(t)，z
g
(t))＝0为过刀齿后刀面与加工过渡表面的公切面方程；由式(1)，获取后刀面特征点相对于工件的瞬时运动速度分别沿工件坐标系x
g
轴、y
g
轴、z
g
轴的分量v
sx
、v
sy
、v
sz
，如式(5)所示；将瞬时运动速度分量v
sx
、v
sy
、v
sz
合成得到刀齿相对于工件的瞬时运动速度的大小，如式(6)所示；根据式(5)～式(6)，可得到在工件坐标系中的瞬时运动速度利用式(2)～式(4)，将工件坐标系中的刀齿后刀面方程H(x
g
(t)，y
i
(t)，z
i
(t))＝0与加工过渡表面方程G(x
g
(t)，y
i
(t)，z
i
(t))＝0联立，获取公切面方程P(x
g
(t)，y
g
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彬，李菲菲，赵培轶，范丽丽，贾俊伟，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：