振动作用下铣刀瞬态切削能效分布的变化特性的识别方法技术

振动作用下铣刀瞬态切削能效分布的变化特性的识别方法，属于铣刀加工技术领域。本发明专利技术为了改进已有铣刀瞬时切削能量效率和切削比能解算方法难以揭示出刀齿切削刃上瞬时切削能量效率与切削比能的分布特性，依据铣削振动对铣刀瞬时切削位姿和瞬时切削输入、输出能量的影响特性构建铣刀和刀齿瞬时切削能量效率关联模型，利用刀齿铣削微元瞬时切削速度、瞬时剪切速度、瞬时主切削力和瞬时剪切力的解算模型，构建微元瞬时主切削力能耗分布函数与瞬时剪切力能耗分布函数。根据瞬时切削体积和刀齿切削刃瞬时切削上、下边界解算方法，获取瞬时切削能量效率、切削比能沿切削刃的分布特性。本发明专利技术解决了实际加工过程中工件去除材料大小无法定量描述的问题。大小无法定量描述的问题。大小无法定量描述的问题。

【技术实现步骤摘要】
振动作用下铣刀瞬态切削能效分布的变化特性的识别方法


[0001]本专利技术属于铣刀加工
，具体涉及振动作用下铣刀瞬态切削能效分布的变化特性的识别方法。

技术介绍

[0002]铣刀高效、断续切削过程中，受切削载荷不断变化影响，铣刀输入、输出能量处于不稳定状态，其切削层参数不断变化，直接影响铣刀瞬态切削能耗。研究振动作用下铣刀瞬态切削能效分布变化特性，建立正确的瞬态能效解算模型，识别其关键控制变量，可为铣刀的高能效设计提供依据。
[0003]铣刀瞬时多齿切削方式决定了铣刀瞬态能效是由参与切削的各个刀齿的瞬态能效构成，刀齿切削刃上瞬态能量效率和切削比能的分布，是揭示铣刀瞬态切削能效变化特性的关键。采用螺旋刃立铣刀切削时，刀齿切削刃上各点瞬时切削速度矢量方向并不相同。同时，受铣削振动和刀齿误差的影响，刀齿瞬时切削行为在工件坐标系内处于不稳定状态，导致刀齿与工件瞬时切削接触关系处于不断变化过程之中，从而引起了切削刃上各点切削力的大小和方向不断变化，进而导致刀齿各点的能耗值并不相同，使得铣刀瞬态切削能效分布的变化特性呈多样性。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.振动作用下铣刀瞬态切削能效分布的变化特性的识别方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、构建铣刀瞬时切削能量效率关联模型；S2、构建铣刀瞬时切削能量传递与转换的表征方法：利用铣削振动对铣刀瞬时切削位姿和瞬时切削输入、输出能量的影响特性，构建铣刀瞬时输入、输出能量方程，实现铣刀瞬时切削能量效率传递与转换关系的定量描述；S3、构建刀齿切削刃微元的瞬时剪切能量效率解算方法：利用切削刃瞬时切削上边界、下边界，微元瞬时切削速度，微元瞬时剪切速度，微元瞬时切削力，微元瞬时剪切力，对切削刃微元的瞬时切削力能耗分布函数与剪切力能耗分布函数进行构建，解算微元瞬时切削能量效率沿切削刃轴向高度的变化曲线；S4、构建刀齿切削刃微元的瞬时切削比能的解算方法：利用切削刃瞬时切削上边界、下边界，微元瞬时切削体积，切削刃微元的瞬时切削力能耗分布函数与剪切力能耗分布函数，解算瞬时切削力比能与瞬时剪切比能沿切削刃轴向高度的变化曲线；S5、基于加工表面形貌的铣刀瞬时切削体积求解方法：利用白光干涉仪获取的铣削加工表面形貌坐标点、刀齿任意一点瞬时切削位姿及铣刀结构，解算基于实验结果的铣刀瞬时切削体积；S6、利用步骤S2至步骤S5及实验结果，对铣刀瞬态切削能效分布变化特性进行识别和评价。2.根据权利要求1所述的振动作用下铣刀瞬态切削能效分布的变化特性的识别方法，其特征在于：步骤S1的具体构建方法包括如下步骤：S1.1、构建o
‑
xyz为工件坐标系，o0‑
x0y0z0为无振动的切削坐标系，o
v
‑
x
v
y
v
z
v
为振动作用下的切削坐标系，o
d
‑
x
d
y
d
z
d
为铣刀结构坐标系，o
i
‑
a
i
b
i
c
i
为刀齿坐标系；S1.2、设置n为主轴转速，v
f
为进给速度，P
M
(t)为扭矩输入铣刀的能量；P
x
(t)、P
y
(t)、P
z
(t)分别为沿x方向、y方向、z方向输入铣刀的能量，分别为刀齿i沿x方向、y方向、z方向的能耗；P
vx
(t)、P
vy
(t)、P
vz
(t)分别为铣刀沿x方向、y方向、z方向的振动输入能量；为刀齿i的主切削力能耗；为刀齿i的剪切能耗，为刀齿切削体积消耗的能量，为伴随刀齿剪切过程所生成的热量；为刀齿i的摩擦能耗，为刀齿磨损能耗，为伴随刀齿摩擦磨损所生成的热量；S1.3、构建工件坐标系中，铣刀切削刃任意一点的轨迹方程为：[x(t) y(t) z(t)1]
T
＝A3A2T3T2A1T1[x
i y
i z
i 1]
T
ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，(x
i
,y
i
,z
i
)为切削刃任意一点在刀齿坐标系中的坐标，切削刃方程如式(2)所示：式中，Δr
i
为刀齿径向误差，ζ
i
为滞后角；S1.4、构建平移矩阵、旋转矩阵，A1,A2,A3为平移矩阵，T1,T2,T3为旋转矩阵，具体如式
(3)～(9)所示：(3)～(9)所示：(3)～(9)所示：(3)～(9)所示：(3)～(9)所示：(3)～(9)所示：式中，x
v
(t)为振动作用下铣刀原点在工件坐标系的x方向坐标，y
v
(t)为振动作用下铣刀原点在工件坐标系的y方向坐标，z
v
(t)为振动作用下铣刀原点在工件坐标系的z方向坐标，W为工件宽度，H为工件高度，a
p
为切削深度，a
e
为切削宽度，Δc
i
为刀齿i的轴向误差，β为刀齿的螺旋角，为齿间夹角，为y
d
轴与y
y
轴在x
v
o
v
y
v
平面内的瞬时夹角，θ1(t)、θ2(t)为铣削振动引起的铣刀偏置角；式中，为t0时刻y
d
轴与y
y
轴在x
v
o
v
y
v
平面内的瞬时夹角。
3.根据权利要求2所述的振动作用下铣刀瞬态切削能效分布的变化特性的识别方法，其特征在于：步骤S2的具体构建方法包括如下步骤：S2.1、设置P(t)为输入能量，P
c
(t)为铣刀主切削力能耗，P
ic
(t)为铣刀内能，P
ce
(t)为铣刀离心力振动能耗，为铣刀切削力振动能耗，构建铣刀瞬时切削的能量输入如式(10)～(12)所示：P(t)＝P
M
(t)+P1(t)+P2(t)+P3(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)P1(t)＝P
x
(t)+P
y
(t)+P
z
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)P2(t)＝P
vx
(t)+P
vy
(t)+P
vz
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)式中，P1(t)为机床进给系统输入的能量，P2(t)为进给系统附加的振动能量，P3(t)为铣刀能量消耗所需机床提供的附加能量；S2.2、构建铣刀瞬时切削的能量输出如式(13)～(16)所示：P
E
(t)＝P
ie
(t)+P
ce
(t)+P
c
(t)+P
d
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)(13)(13)式中，P
d
(t)为铣刀能量消耗的附加能耗；S2.3、利用步骤S2.1、步骤S2.2的式(10)～式(16)，分析铣刀瞬时切削过程中的能量分配可知，铣刀瞬时输入能量转化为瞬时切削力能量的效率如式(17)所示：S2.4、利用步骤S2,2的式(14)可知，铣刀作用在工件切削变形区的剪切变形能量是形成已加工表面的有效切削能量，则铣刀瞬时切削力能量转化为瞬时剪切能量的效率如式(18)所示：S2.5、利用步骤S2.1至步骤S2.4获得铣刀瞬时切削能量效率传递与转换关系如式(19)～(21)所示：～(21)所示：
式中，e
ci
(z,t)为刀齿切削刃微元的瞬时切削力比能，e
si
(z,t)为刀齿切削刃微元的瞬时剪切比能。p
ci
(z,t)为刀齿切削刃微元瞬时切削功率的分布函数，p
si
(z,t)为刀齿切削刃微元瞬时剪切功...

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