余量时变下铣削加工载荷参数优化方法技术

本申请涉及数控铣削加工技术领域，公开了一种余量时变下铣削加工载荷参数优化方法，针对切削余量具有时变特性的特点，通过获取刀具的实时切削深度以及实时包络角，利用铣削三方向切削力模型以及铣削加工载荷稳定约束条件，分别对三个方向切削力所对应的刀具每齿进给量进行求解，最终将平面内沿进给方向切削力所对应的每齿进给量，以及平面内垂直于进给方向切削力所对应的每齿进给量进行对比，取两者中较小值作为优化后的加工载荷参数进行铣削加工。本申请提升了大型复杂结构件表面的铣削加工质量以及加工效率，同时也提高了刀具加工寿命。命。命。

【技术实现步骤摘要】
余量时变下铣削加工载荷参数优化方法


[0001]本申请涉及数控铣削加工
，具体涉及一种余量时变下铣削加工载荷参数优化方法。

技术介绍

[0002]随着航空、航天、交通、能源等装备性能的不断提升，其结构件也向着大型化、复杂化、材料难加工化发展。数控铣削是加工大型复杂结构件最常用的方式，能够满足复杂几何结构和型面的尺寸及精度加工要求。加工过程中，大型复杂结构件与铣削刀具的相对位姿关系往往是时变的，也就是说刀具切削余量具有时变特性，这就造成了切削载荷在加工过程中呈现剧烈变化，这种切削载荷的剧烈的变化，会造成高价值的大型复杂结构件表面质量问题、刀具寿命异常磨损破损、切削效率无法得到有效提升等问题。因此，余量时变条件下，实现高效、稳定数控铣削加工，是目前关键工程领域和
面临的共同迫切需求。
[0003]公开号为CN112454001A，公开日为2021年03月09日的专利技术专利申请公开了一种二元叶轮的加工方法，包括建立加工模型，所述加工模型用于加工相邻两个叶片之间的流道；根据所述加工模型，设定走刀路径，所述走刀路径为U形摆线轨迹；根据预设的切削宽度，确定刀具的包络角；根据预设的叶片高度，确定刀具的切削深度；根据所述走刀路径、刀具的包络角及刀具的切削深度，利用刀具对料坯进行加工。该方法的走刀路径为U形摆线轨迹，即采用圆弧切削段及直线切削段组成的走刀路径，从而该方法可采用大切深、小切宽、高转速及高进给的切削参数，大大提高单位时间的金属去除率，从而提高加工效率，并且粗加工余量均匀，减少粗加工余量，提高精加工效率与加工质量。
[0004]上述现有技术将重点放在了二元叶轮的加工方法，详细介绍了加工参数的确定，但是并未讨论加工参数如何影响加工载荷，同时也并未提到加工载荷稳定控制方面的内容；进一步地，上述现有技术预设了切削宽度，相当于刀具的包络角也是预设的，并未研究加工过程中刀具实际包络角有无变化，以及变化后是否需要调整其它加工参数。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术中存在的问题和不足，本申请针对铣削加工过程中，切削余量具有时变特性的特点，提出了一种余量时变下铣削加工载荷参数优化方法，提升了大型复杂结构件表面的铣削加工质量以及加工效率，也提高了刀具加工寿命。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本申请的技术方案具体如下：
[0007]一种余量时变下铣削加工载荷参数优化方法，包括如下步骤：
[0008]步骤S1.根据零件未加工表面与待加工表面的相对位置关系，以及刀具半径确定铣刀实时包络角；
[0009]步骤S2.根据刀具与零件上表面之间实际接触的最高切削位置，确定实时切削深度；
[0010]步骤S3.将铣刀实时包络角和实时切削深度分别代入铣削三方向切削力模型，得
到当前切削参数下的三方向切削力，包括平面内沿进给方向切削力、平面内垂直于进给方向切削力和垂直于平面沿刀具轴向切削力；
[0011]步骤S4.铣削加工载荷稳定约束条件下，分别对刀具三个方向所对应的每齿进给量进行求解；
[0012]步骤S5.将平面内沿进给方向切削力所对应的每齿进给量，以及平面内垂直于进给方向切削力所对应的每齿进给量进行对比，取两者中较小值作为优化后的加工载荷参数进行铣削加工。
[0013]进一步地，所述包络角是指刀具切入角和刀具切出角之间的角度。
[0014]进一步地，所述步骤S3中，将铣刀的实时包络角以及实时切削深度分别代入如下铣削三方向切削力模型中
[0015][0016][0017][0018]其中，F
x
为平面内沿刀具进给方向切削力；F
y
为平面内垂直于刀具进给方向切削力；F
z
为垂直于平面沿刀具轴向切削力；Z为铣削刀具的刀齿数量；a
p
为刀具实时切削深度；f
z
为刀具每齿进给量；φ
st
为刀具切入角；φ
ex
为刀具切出角；φ为刀具实时包络角；K
tc
、K
rc
、K
te
、K
re
、K
ac
、K
ae
为切削力预测系数；
[0019]取刀具切出角φ
st
近似为零，刀具切入角即为包络角，将φ
st
＝0以及φ
ex
＝φ带入上述铣削三方向切削力模型中，最终得到当前切削参数下的三方向切削力
[0020][0021][0022][0023]进一步地，所述步骤S4具体包括：
[0024]铣削加工载荷稳定条件下，三个方向的切削力变化极小或者为零，假设t1时刻对应的刀具切削深度、每齿进给量、包络角以及三个方向的切削力分别为a
p1
，f
z1
，φ1，F
x1
，F
y1
，F
z1
；t2时刻对应的刀具切削深度、每齿进给量、包络角以及三个方向的切削力分别为a
p2
，f
z2
，φ2，F
x2
，F
y2
，F
z2
，那么铣削加工载荷稳定约束条件的计算表达式如下
[0025][0026]将三方向切削力理论模型分别代入上述表达式中，最终得到刀具三个方向所对应的每齿进给量
[0027]由F
x2
‑
F
x1
＝0可得，f
z2_x
＝F
_x
(f
z1
)；
[0028]由F
y2
‑
F
y1
＝0可得，f
z2_y
＝F
_y
(f
z1
)；
[0029]由F
z2
‑
F
z1
＝0可得，f
z2_z
＝F
_z
(f
z1
)；
[0030]其中，f
z2_x
表示t2时刻平面内沿刀具进给方向切削力所对应的刀具每齿进给量；f
z2_y
表示t2时刻平面内垂直于刀具进给方向切削力所对应的刀具每齿进给量；f
z2_z
表示t2时刻垂直于平面沿刀具轴向切削力所对应的刀具每齿进给量。
[0031]进一步地，所述步骤S3中，切削力预测系数根据以下计算表达式进行拟合
[0032][0033]其中，F
yc
、F
ye
、F
xc
、F
xe
、F
zc
以及F
ze
为切削力参数，通过铣削实验获得。
[0034]本申请的有益效果：
[0035]本申请针对铣削加工过程中，切削余量具有时变特性的特点，提出了一种余量时变下铣削加工载荷参数优化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种余量时变下铣削加工载荷参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1.根据零件未加工表面与待加工表面的相对位置关系，以及刀具半径确定铣刀实时包络角；步骤S2.根据刀具与零件上表面之间实际接触的最高切削位置，确定实时切削深度；步骤S3.将铣刀实时包络角和实时切削深度分别代入铣削三方向切削力模型，得到当前切削参数下的三方向切削力，包括平面内沿进给方向切削力、平面内垂直于进给方向切削力和垂直于平面沿刀具轴向切削力；步骤S4.铣削加工载荷稳定约束条件下，分别对刀具三个方向所对应的每齿进给量进行求解；步骤S5.将平面内沿进给方向切削力所对应的每齿进给量，以及平面内垂直于进给方向切削力所对应的每齿进给量进行对比，取两者中较小值作为优化后的加工载荷参数进行铣削加工。2.根据权利要求1所述的余量时变下铣削加工载荷参数优化方法，其特征在于，所述包络角是指刀具切入角和刀具切出角之间的角度。3.根据权利要求1所述的余量时变下铣削加工载荷参数优化方法，其特征在于，所述步骤S3中，将铣刀的实时包络角以及实时切削深度分别代入如下铣削三方向切削力模型中骤S3中，将铣刀的实时包络角以及实时切削深度分别代入如下铣削三方向切削力模型中骤S3中，将铣刀的实时包络角以及实时切削深度分别代入如下铣削三方向切削力模型中其中，F
x
为平面内沿刀具进给方向切削力；F
y
为平面内垂直于刀具进给方向切削力；F
z
为垂直于平面沿刀具轴向切削力；Z为铣削刀具的刀齿数量；a
p
为刀具实时切削深度；f
z
为刀具每齿进给量；φ
st
为刀具切入角；φ
ex
为刀具切出角；φ为刀具实时包络角；K
tc
、K
rc
、K
te
、K
re
、K
ac
、K
ae
为切削力预测系数；取刀具切出角φ
st
近似为零，刀具切入角即为包络角，将φ
st
＝0以及φ
ex
＝φ带入上述铣削三方向切削力模型中，最终得到当前切削参数下的三方向切削力
4.根据权利要求1所述余量时变下铣削加工载荷参数优化方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋戈，曾德标，朱绍维，王伟，刘翘楚，高鑫，李卫东，赵中刚，黄思思，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：