高效铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度变化特性识别方法技术

高效铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度变化特性识别方法，属于机械加工技术领域。其包括铣刀刀齿后刀面瞬时位姿解算方法；刀齿微元瞬时位姿及其瞬时摩擦速度解算模型；刀齿微元后刀面瞬时磨损深度解算方法；刀齿微元后刀面瞬时磨损体积解算方法；刀齿微元后刀面瞬时摩擦能耗解算方法；刀齿微元后刀面瞬时摩擦磨损能量密度解算方法。目的是提出了刀齿后刀面瞬时磨损深度解算方法，解决了已有方法无法揭示后刀面瞬时摩擦磨损变化特性问题，利用刀齿后刀面瞬时摩擦磨损能量密度，揭示出后刀面瞬时摩擦能耗与瞬时磨损体积之间的动态关系，为定量描述高进给铣刀后刀面磨损形成与演变过程提供了基础模型和方法。提供了基础模型和方法。提供了基础模型和方法。

【技术实现步骤摘要】
高效铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度变化特性识别方法


[0001]本专利技术涉及高效铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度变化特性识别方法，属于机械加工


技术介绍

[0002]铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度是揭示铣刀后刀面瞬时摩擦与磨损之间动态关系变化过程的主要内容之一，也是评判刀齿后刀面摩擦磨损状态的重要指标。建立铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度解算方法，获取其动态分布特性，对揭示高进给铣刀后刀面磨损形成与演变过程具有指导意义。
[0003]已有的铣刀后刀面摩擦磨损识别方法，只关注后刀面摩擦能耗的整体水平和累积磨损最大宽度、深度，忽略铣削振动和刀齿磨损作用下后刀面上摩擦能耗与磨损分布的不均性和多变性，后刀面不同位置处瞬时摩擦能耗和磨损体积之间的动态关系有待揭示。
[0004]为此，本专利技术利用振动作用下铣刀动态切削过程的刀齿后刀面瞬态接触关系，提出铣刀刀齿后刀面瞬时位姿和摩擦速度的解算方法，利用刀齿后刀面瞬时热力耦合场分析结果，解算铣刀切削过程中后刀面瞬时磨损深度、磨损体积与摩擦能耗，构建刀齿后刀面瞬时摩擦磨损能量密度的解算模型，揭示出刀齿后刀面瞬时摩擦与磨损的动态关系变化特性。

技术实现思路

[0005]本专利技术研发目的是为了利用刀齿微元的瞬态位姿与后刀面瞬时摩擦速度解算模型，解决了已有方法忽略铣削振动和刀齿磨损对后刀面瞬时摩擦磨损状态的影响的问题，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。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]高效铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度变化特性识别方法，包括：
[0008]步骤1，铣刀刀齿后刀面瞬时位姿解算方法；
[0009]步骤2，刀齿微元瞬时位姿及其瞬时摩擦速度解算模型；
[0010]步骤3，刀齿微元后刀面瞬时磨损深度解算方法；
[0011]步骤4，刀齿微元后刀面瞬时磨损体积解算方法；
[0012]步骤5，刀齿微元后刀面瞬时摩擦能耗解算方法；
[0013]步骤6，刀齿微元后刀面瞬时摩擦磨损能量密度解算方法。
[0014]优选的：所述步骤1包括：确定铣削加工方式，确定铣刀及其刀齿结构参数和切削参数，在铣削振动信号的作用下，进行铣刀轨迹及其瞬时位姿解算和刀齿微元瞬时位姿解算，即获取高进给铣刀结构和振动作用下铣刀及刀齿瞬时切削位姿；
[0015]其刀齿后刀面及切削刃的瞬时位姿为：
[0016][0017]式中，o
‑
xyz为工件坐标系，点o为工件底面、背面和右侧立面三个面的交点，x轴与铣刀进给方向同向，y轴与工件切宽方向同向，z轴与工件切深方向同向，o
i
‑
x
i
y
i
z
i
为刀齿坐标系如图2所示，将切削刃a
‑
b
‑
e
o
投影到底面为b1‑
e
o
′‑
a1，过e
o
′
作底面切线，过b1作切线垂线交点为原点o
i
，o
i e
o
′
方向为y
i
轴oi b1为z
i
轴，作垂直于底面轴为x
i
轴，G
i
为后刀面方程，G
i0
为切削刃方程，M为刀齿坐标系向工件坐标系转化矩阵，M1为刀齿坐标系向铣刀结构坐标系转化平移矩阵，M2为振动作用下切削坐标系向无振动切削坐标系转化平移矩阵，M3为无振动切削坐标系向工件坐标系转化平移矩阵，T1与T2刀齿坐标系向铣刀结构坐标系转化旋转矩阵，T3为铣刀结构坐标系向振动作用下切削坐标系转化的旋转矩阵，T4、T5为振动切削坐标系向无振动切削坐标系转化旋转矩阵。
[0018]优选的：所述步骤2包括：
[0019]获取刀齿微元及其后刀面瞬时位姿与瞬时摩擦速度；
[0020]计算刀齿微元后刀面与加工过渡表面瞬时接触摩擦特征点e1为：
[0021][0022]由式(2)求得该点的公切面方程Q1(x(t)，y(t)，z(t)＝0，并获得工件坐标系中刀齿微元的瞬时姿态角为：
[0023][0024][0025]工件坐标系中刀齿微元后刀面参数方程为：
[0026][0027]式中，x
Gi
(t)，y
Gi
(t)，z
Gi
(t)分别为刀齿后刀面沿x，y，z三个方向的参数方程；
[0028]由式(2)和式(5)，刀齿后刀面上e1点沿工件坐标系三个方向的运动速度为：
[0029][0030]利用式(2)和式(6)，获得e1点公切面法矢量与运动速度v(t)瞬时夹角β(t)，则刀齿微元后刀面上e1点的瞬时摩擦速度v'(t)为：
[0031][0032]优选的：所述步骤3包括：
[0033]获得刀齿磨损条件下的微元后刀面及其瞬时磨损深度，e1'为后刀面e1点磨损后的位置点；v
hi
(t)为沿e1点公切面法矢量度量的瞬时磨损深度速率；η1为e1点公切面法矢量与
z
i
轴空间夹角；η2为e1点公切面法矢量在x
i
o
i
y
i
坐标平面上的投影与x
i
轴平面夹角；Δx
i
，Δz
i
分别为e1'点相对于e1的点坐标增量；
[0034]沿e1点公切面法矢量方向度量的刀齿微元后刀面磨损深度瞬时增长速率和磨损深度瞬时增量为：
[0035][0036]式中，h
i
(t)为刀齿热力耦合场中的后刀面累积磨损深度随时间变化函数；
[0037]磨损深度瞬时增量引起刀齿微元后刀面沿x
i
和z
i
方向的瞬时增量Δx
i
(t)，Δz
i
(t)分别为：
[0038][0039]式中，η1、η2分别为e1点公切面法矢量与z
i
、y
i
轴的瞬时夹角；
[0040]由式(5)、式(8)、式(9)，计算磨损条件下的刀齿微元后刀面方程为：
[0041][0042]由式(9)～式(11)，后刀面上瞬时磨损深度为0的点所形成的曲线，为刀齿后刀面瞬时摩擦磨损的下边界；同时，利用式(1)、式(8)和式(9)，获得磨损条件下刀齿微元切削刃方程和刀齿后刀面瞬时摩擦磨损的上边界。
[0043]优选的：所述步骤4包括：
[0044]由式(2)和式(8)～式(10)，利用e1点公切面方程和磨损条件下的刀齿微元后刀面方程，在刀齿后刀面瞬时摩擦磨损的上下边界内，求解刀齿微元后刀面瞬时摩擦面积s
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高效铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度变化特性识别方法，其特征在于，包括：步骤1，铣刀刀齿后刀面瞬时位姿解算方法；步骤2，刀齿微元瞬时位姿及其瞬时摩擦速度解算模型；步骤3，刀齿微元后刀面瞬时磨损深度解算方法；步骤4，刀齿微元后刀面瞬时磨损体积解算方法；步骤5，刀齿微元后刀面瞬时摩擦能耗解算方法；步骤6，刀齿微元后刀面瞬时摩擦磨损能量密度解算方法。2.根据权利要求1所述的高效铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度变化特性识别方法，其特征在于：所述步骤1包括：确定铣削加工方式，确定铣刀及其刀齿结构参数和切削参数，在铣削振动信号的作用下，进行铣刀轨迹及其瞬时位姿解算和刀齿微元瞬时位姿解算，即获取高进给铣刀结构和振动作用下铣刀及刀齿瞬时切削位姿；其刀齿后刀面及切削刃的瞬时位姿为：式中，o
‑
xyz为工件坐标系，点o为工件底面、背面和右侧立面三个面的交点，x轴与铣刀进给方向同向，y轴与工件切宽方向同向，z轴与工件切深方向同向，o
i
‑
x
i
y
i
z
i
为刀齿坐标系，将切削刃a
‑
b
‑
e
o
投影到底面为b1‑
e
o
′‑
a1，过e
o
′
作底面切线，过b1作切线垂线交点为原点o
i
，o
i e
o
′
方向为y
i
轴oi b1为z
i
轴，作垂直于底面轴为x
i
轴，G
i
为后刀面方程，G
i0
为切削刃方程，M为刀齿坐标系向工件坐标系转化矩阵，M1为刀齿坐标系向铣刀结构坐标系转化平移矩阵，M2为振动作用下切削坐标系向无振动切削坐标系转化平移矩阵，M3为无振动切削坐标系向工件坐标系转化平移矩阵，T1与T2刀齿坐标系向铣刀结构坐标系转化旋转矩阵，T3为铣刀结构坐标系向振动作用下切削坐标系转化的旋转矩阵，T4、T5为振动切削坐标系向无振动切削坐标系转化旋转矩阵。3.根据权利要求2所述的高效铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度变化特性识别方法，其特征在于：所述步骤2包括：获取刀齿微元及其后刀面瞬时位姿与瞬时摩擦速度；计算刀齿微元后刀面与加工过渡表面瞬时接触摩擦特征点e1为：由式(2)求得该点的公切面方程Q1(x(t)，y(t)，z(t)＝0，并获得工件坐标系中刀齿微元的瞬时姿态角为：的瞬时姿态角为：工件坐标系中刀齿微元后刀面参数方程为：
式中，x
Gi
(t)，y
Gi
(t)，z
Gi
(t)分别为刀齿后刀面沿x，y，z三个方向的参数方程；由式(2)和式(5)，刀齿后刀面上e1点沿工件坐标系三个方向的运动速度为：利用式(2)和式(6)，获得e1点公切面法矢量与运动速度v(t)瞬时夹角β(t)，则刀齿微元后刀面上e1点的瞬时摩擦速度v'(t)为：v
i
'(t)＝
‑
v
i
(t)
·
sin(π
‑
β(t)) (7)。4.根据权利要求3所述的高效铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度变化特性识别方法，其特征在于：所述步骤3包括：获得刀齿磨损条件下的微元后刀面及其瞬时磨损深度，e1'为后刀面e1点磨损后的位置点；v
hi
(t)为沿e1点公切面法矢量度量的瞬时磨损深度速率；η1为e1点公切面法矢量与z
i
轴空间夹角；η2为e1点公切面法矢量在x
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彬，聂秋蕊，赵培轶，马强，马朝阳，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：