超精密加工钛合金切削力预测方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术提供了一种超精密加工钛合金切削力预测方法、系统、设备及介质，通过采用金刚石刀具对钛合金工件进行不同切削深度的刮槽实验，获取不同切削深度对应的回弹量建立回弹力预测模型，并对预制的钛合金薄壁工件进行不同切削深度的车削测力实验，获取对应的主切削力和推力并建立剪切力预测模型，再根据由超精密车削系统结构确定的切削力计算公式以及回弹力预测模型和剪切力预测模型，得到切削力预测模型，以及将待处理钛合金工件进行切削区域离散化处理得到的薄壁形工件的切削深度和宽度代入切削力预测模型得到离散化切削力预测模型的方法，能够高效精准预测切削力，且便于集成至智能切削系统，提高加工精度，减少刀具磨损，具有较高的应用价值。具有较高的应用价值。具有较高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
超精密加工钛合金切削力预测方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及钛合金超精密加工
，特别是涉及一种考虑表面回弹的超精密加工钛合金切削力预测方法、系统、计算机设备及存储介质。

技术介绍

[0002]钛合金具有强度高、耐高温、抗腐蚀等优点，在生物医学、航空航天等领域有着广泛应用，但由于其导热系数低、化学活性强、弹性模量小等材料特性，钛合金属于难加工材料。钛合金精密零部件采用超精密金刚石切削技术加工，因此降低刀具磨损、提高表面质量一直是钛合金超精密车削迫切需要解决的难题，而切削力和刀具磨损、表面质量等有着紧密联系，预测切削力可以间接预测表面质量和刀具寿命，是加工工艺参数优化的重要依据。同时，提出有效的切削力预测方法，也是搭建力反馈智能制造系统的前提条件。
[0003]现有钛合金切削力评估方法主要有实验仪器测量、通过有限元仿真和人为经验预测。然而，现有切削力评估方法不仅未考虑实际切削过程中材料表面发生弹性形变产生的回弹量对切削力产生不可忽略的影响，而且切削力预测过程繁琐且误差较大，还存在一定的应用缺陷：实验仪器测量设备昂贵，仪器测量精度取决于设备硬件条件与安装过程的准确性，而且传感器在使用过程中极易发生污染、损坏，从而测力仪测量产生误差，加入测力仪设备会减低系统刚度，加剧刀具振动，进而破坏加工表面质量，同时造成所测量力信号的偏差，测量结果具有一定误差；同时，有限元仿真过程较为复杂，而且通常需要大量的时间和计算机资源进行仿真计算，不仅效率低，而且材料参数对预测结果影响很大，还具有一定的人为主观性，预测的切削力不具有运用到加工中的价值。因此，亟需提供一种考虑切削表面回弹且能够精准测量切削力的可靠技术手段。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种超精密加工钛合金切削力预测方法，通过实验方法建立加工参数
‑
回弹量
‑
切削力之间的数学模型，实现能够在超精密切削前通过切削参数预测切削力，不仅能有效弥补现有切削力预测方法的应用缺陷，而且高效精准，还能够有效集成至力反馈智能切削系统中，提高加工精度，减少刀具磨损，具有较高的应用价值。
[0005]为了实现上述目的，有必要针对上述技术问题，提供了一种超精密加工钛合金切削力预测方法、系统、计算机设备及存储介质。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种超精密加工钛合金切削力预测方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]采用金刚石刀具对钛合金工件进行不同切削深度的刮槽实验，获取不同切削深度对应的回弹量，并根据所述回弹量，建立回弹力预测模型；
[0008]采用金刚石刀具对预制的钛合金薄壁工件进行不同切削深度的车削测力实验，获取不同切削深度对应的主切削力和推力，并根据所述推力和主切削力，建立剪切力预测模型；所述钛合金薄壁工件为待加工表面与金刚石刀具的刀尖圆弧形状保持一致的圆弧加工
面长条形钛合金工件；
[0009]根据超精密车削系统结构，确定薄壁形钛合金超精密切削的切削力计算公式，根据所述切削力计算公式、回弹力预测模型和剪切力预测模型，得到切削力预测模型；
[0010]通过超精密车削系统对待处理钛合金工件进行切削区域离散化处理，得到预设数目的薄壁形工件，并将各个薄壁形工件的切削深度和宽度代入所述切削力预测模型，得到离散化切削力预测模型。
[0011]进一步地，所述采用金刚石刀具对钛合金工件进行不同切削深度的刮槽实验的步骤之前，还包括：
[0012]通过预设实验获取钛合金工件加工参数；所述钛合金工件加工参数包括钛合金工件弹性模量、切削摩擦系数、刀具几何参数、剪切角和摩擦角。
[0013]进一步地，所述通过预设实验获取钛合金工件加工参数的步骤包括：
[0014]将金刚石压头压入钛合金工件表面进行纳米压痕实验，获取所述钛合金工件弹性模量；
[0015]将施压的金刚石滑块放在钛合金工件表面进行平面式摩擦实验，并采用平面式摩擦系数测试仪测量得到所述切削摩擦系数；
[0016]通过原子力显微镜观察金刚石刀具，获取所述刀具几何参数；所述刀具几何参数包括刀尖圆弧半径、刀具前角、刀具后角和刀尖圆弧包角；
[0017]根据所述切削摩擦系数和刀具前角，得到剪切角和摩擦角；所述剪切角和摩擦角表示为：
[0018][0019]其中，φ和β分别表示剪切角和摩擦角；u
r
和α分别表示摩擦系数和刀具前角。
[0020]进一步地，所述采用金刚石刀具对钛合金工件进行不同切削深度的刮槽实验，获取不同切削深度对应的回弹量，并根据所述回弹量，建立回弹力预测模型的步骤包括：
[0021]利用金刚石刀具进行超精密切削钛合金工件，根据不同的切削深度，在钛合金工件表面加工出不同深度的微沟槽，得到刮槽工件；
[0022]采用白光干涉仪拍摄所述刮槽工件，得到刮槽工件的实际切削深度，并根据所述实际切削深度，计算得到对应的回弹量；
[0023]根据所述切削深度和对应的回弹量，得到第一对应关系；所述第一对应关系表示为：
[0024]h
e
＝k1t
c
[0025]其中，h
e
和t
c
分别表示回弹量和切削深度；k1表示h
e
与t
c
线性趋势的斜率；
[0026]将所述第一对应关系中的回弹量代入预设回弹力计算公式，得到所述回弹力预测模型；所述预设回弹力计算公式为：
[0027][0028]其中，E表示钛合金工件弹性模量；κ表示金刚石刀具后角；h
e
表示回弹量；y表示切
削长度；F
spr
表示回弹力。
[0029]进一步地，所述采用金刚石刀具对预制的钛合金薄壁工件进行不同切削深度的车削测力实验，获取不同切削深度对应的主切削力和推力，并根据所述推力和主切削力，建立剪切力预测模型的步骤包括：
[0030]采用测力仪获取切削加工过程中，不同切削深度对应的主切削力和推力；
[0031]根据切削深度与对应的主切削力和推力，得到对应的第二对应关系和第三对应关系；所述第二对应关系表示为：
[0032]F
′
c
＝k2t
c
[0033]其中，F
′
c
和t
c
分别表示主切削力和切削深度；k2表示F
′
c
与t
c
线性趋势的斜率；
[0034]所述第三对应关系表示为：
[0035]F
′
t
＝k3t
c
[0036]其中，F
′
t
和t
c
分别表示推力和切削深度；k3表示F
′
t
与t
c
线性趋势的斜率；
[0037]将所述第二对应关系中的主切削力和所述第三对应关系中的推力代入预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超精密加工钛合金切削力预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：采用金刚石刀具对钛合金工件进行不同切削深度的刮槽实验，获取不同切削深度对应的回弹量，并根据所述回弹量，建立回弹力预测模型；采用金刚石刀具对预制的钛合金薄壁工件进行不同切削深度的车削测力实验，获取不同切削深度对应的主切削力和推力，并根据所述推力和主切削力，建立剪切力预测模型；所述钛合金薄壁工件为待加工表面与金刚石刀具的刀尖圆弧形状保持一致的圆弧加工面长条形钛合金工件；根据超精密车削系统结构，确定薄壁形钛合金超精密切削的切削力计算公式，根据所述切削力计算公式、回弹力预测模型和剪切力预测模型，得到切削力预测模型；通过超精密车削系统对待处理钛合金工件进行切削区域离散化处理，得到预设数目的薄壁形工件，并将各个薄壁形工件的切削深度和宽度代入所述切削力预测模型，得到离散化切削力预测模型。2.如权利要求1所述的超精密加工钛合金切削力预测方法，其特征在于，所述采用金刚石刀具对钛合金工件进行不同切削深度的刮槽实验的步骤之前，还包括：通过预设实验获取钛合金工件加工参数；所述钛合金工件加工参数包括钛合金工件弹性模量、切削摩擦系数、刀具几何参数、剪切角和摩擦角。3.如权利要求2所述的超精密加工钛合金切削力预测方法，其特征在于，所述通过预设实验获取钛合金工件加工参数的步骤包括：将金刚石压头压入钛合金工件表面进行纳米压痕实验，获取所述钛合金工件弹性模量；将施压的金刚石滑块放在钛合金工件表面进行平面式摩擦实验，并采用平面式摩擦系数测试仪测量得到所述切削摩擦系数；通过原子力显微镜观察金刚石刀具，获取所述刀具几何参数；所述刀具几何参数包括刀尖圆弧半径、刀具前角、刀具后角和刀尖圆弧包角；根据所述切削摩擦系数和刀具前角，得到剪切角和摩擦角；所述剪切角和摩擦角表示为：其中，φ和β分别表示剪切角和摩擦角；u
r
和α分别表示摩擦系数和刀具前角。4.如权利要求1所述的超精密加工钛合金切削力预测方法，其特征在于，所述采用金刚石刀具对钛合金工件进行不同切削深度的刮槽实验，获取不同切削深度对应的回弹量，并根据所述回弹量，建立回弹力预测模型的步骤包括：利用金刚石刀具进行超精密切削钛合金工件，根据不同的切削深度，在钛合金工件表面加工出不同深度的微沟槽，得到刮槽工件；采用白光干涉仪拍摄所述刮槽工件，得到刮槽工件的实际切削深度，并根据所述实际切削深度，计算得到对应的回弹量；根据所述切削深度和对应的回弹量，得到第一对应关系；所述第一对应关系表示为：h
e
＝k1t
c
其中，h
e
和t
c
分别表示回弹量和切削深度；k1表示h
e
与t
c
线性趋势的斜率；将所述第一对应关系中的回弹量代入预设回弹力计算公式，得到所述回弹力预测模型；所述预设回弹力计算公式为：其中，E表示钛合金工件弹性模量；κ表示金刚石刀具后角；h
e
表示回弹量；y表示切削长度；F
spr
表示回弹力。5.如权利要求1所述的超精密加工钛合金切削力预测方法，其特征在于，所述采用金刚石刀具对预制的钛合金薄壁工件进行不同切削深度的车削测力实验，获取不同切削深度对应的主切削力和推力，并根据所述推力和主切削力，建立剪切力预测模型的步骤包括：采用测力仪获取切削加工过程中，不同切削深度对应的主切削力和推力；根据切削深度与对应的主切削力和推力，得到对应的第二对应关系和第三对应关系；所述第二对应关系表示为：F
′
c
＝k2t
c
其中，F
′
c
和t
c
分别表示主切削力和切...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙占文，徐诗俊，焦杰，王素娟，杜雪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：