專利名稱：自由曲線外形零件圓周銑削過程中瞬時(shí)銑削力建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓周銑削過程中瞬時(shí)銑削力建模方法，特別是一種自由曲線外形 零件圓周銑削過程中瞬時(shí)銑削力建模方法。
背景技術(shù)：
圓周銑削是通過立銑刀在材料表面切除多余的材料層來獲得理想的工件形狀、尺 寸以及表面光潔度的機(jī)械加工方法，它是機(jī)械制造中加工各種模具、汽車零件以及航空航 天零件的最常用的方式之一。在圓周銑削過程中，經(jīng)常出現(xiàn)刀具磨損、刀具破損、加工顫振 以及加工變形等諸多問題，嚴(yán)重影響零件的加工精度和加工效率。為了克服以上問題，需要 建立圓周銑削加工中銑削力預(yù)測(cè)模型。諸多學(xué)者已經(jīng)在具有代表性的平面銑削方面做了廣 泛而深入的研究。由于自由曲線外形零件的圓周銑削在實(shí)際加工中也經(jīng)常遇到，一些學(xué)者 在這方面做了相關(guān)的研究。i^ 1 "Ζ. C. Wei, Μ. J. Wang, R. G. Ma, L. Wang, Modeling of process geometry in peripheralmilling of curved surfaces, Journal of Materials Processing Technology 210 (2010) 799-806.，，公開了一種自由曲線外形零件圓周銑削過程中銑削力的 模型，并系統(tǒng)地給出了銑削力預(yù)測(cè)的整個(gè)流程。然而該模型忽略了刀具偏心對(duì)銑削力的影 響，并且無法避免利用非二階連續(xù)的實(shí)際刀軌預(yù)測(cè)銑削力時(shí)所導(dǎo)致的預(yù)測(cè)銑削力的突變。文獻(xiàn) 2 "K. A. Desai,P. K. Agarwal,P. V. M. Rao,Process geometry modeling with cutter runoutfor milling of curved surfaces, International Journal of Machine Tools and Manufacture 49 (2009) 1015-1028. ”公開了一種自由曲線外形零件圓周統(tǒng)削過 程中銑削力的模型，并且考慮了刀具偏心對(duì)銑削力的影響。該模型中計(jì)算與銑削力相關(guān)的 瞬時(shí)未變形切屑厚度的基本方法如下1.計(jì)算當(dāng)前切削刀齒的實(shí)際半徑值和前m個(gè)刀齒的實(shí)際半徑值。2.計(jì)算直線與圓弧的交點(diǎn)。其中，該直線由當(dāng)前的切觸點(diǎn)和與當(dāng)前切觸點(diǎn)相對(duì)應(yīng) 的刀齒位置角確定，圓弧是以對(duì)應(yīng)于當(dāng)前切觸點(diǎn)的前m個(gè)刀齒軌跡上的切觸點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的刀 具位置點(diǎn)為圓心，前m個(gè)刀齒的實(shí)際半徑值為半徑。3.計(jì)算以上交點(diǎn)到當(dāng)前刀具位置點(diǎn)的距離。4.計(jì)算可能的瞬時(shí)未變形切屑厚度，即以當(dāng)前刀齒的實(shí)際半徑值減去交點(diǎn)到當(dāng)前 刀具位置點(diǎn)的距離。5.重復(fù)步驟1-4，直到m等于刀齒數(shù)Nf結(jié)束。6.選出Nf個(gè)可能的瞬時(shí)未變形切屑厚度的最小值，并將該最小值與0比較，取大 者作為瞬時(shí)未變形切屑厚度。從以上步驟可以看出，該方法中計(jì)算可能的瞬時(shí)未變形切削厚度是通過數(shù)值計(jì)算 的方法完成的。這種方法求一次瞬時(shí)未變形切屑厚度需要求解Nf個(gè)非線性方程，因此計(jì)算 工作量大。如，用 MATLAB 在個(gè)人計(jì)算機(jī)(Intel Core (TM) 2Duo Processor, 2. 4GHz，2GB)計(jì) 算10個(gè)周期的瞬時(shí)銑削力的時(shí)間為233. 3s。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的自由曲線外形零件圓周銑削過程中瞬時(shí)銑削力建模方法計(jì)算工 作量大的不足，本發(fā)明提供一種自由曲線外形零件圓周銑削過程中瞬時(shí)銑削力建模方法， 該方法首先通過采樣時(shí)間間隔計(jì)算出各時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的刀具位置點(diǎn)，同時(shí)計(jì)算出每個(gè)刀具位 置點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幾何參數(shù)，然后通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立局部坐標(biāo)系下切入/切出角的數(shù)值計(jì)算模型 和瞬時(shí)未變形切屑厚度的解析模型，最后建立局部坐標(biāo)系下瞬時(shí)銑削力與瞬時(shí)未變形切屑 厚度的關(guān)系，并將局部坐標(biāo)系下的瞬時(shí)銑削力投影到整體坐標(biāo)系下，可以減少自由曲線外 形零件圓周銑削過程中瞬時(shí)銑削力建模方法的計(jì)算工作量。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種自由曲線外形零件圓周銑削過 程中瞬時(shí)銑削力建模方法，其特點(diǎn)是包括下述步驟(1)選定立銑刀和工件幾何參數(shù)，包括立銑刀的半徑RAD、螺旋角β C1、刀齒數(shù)Nf、刀 具偏心參數(shù)P和λ，得到工件表面矢量方程P (U) = [X (u)，Y (u)，Z(U)]工和工件毛坯邊界 的矢量方程Pw(V) = [Xw(v)，Yw(v)，Zw(v)]T;設(shè)定切削參數(shù)，包括進(jìn)給率Vf、軸向切削深度 Rz、徑向切削深度艮、刀具主軸轉(zhuǎn)速η ；輸入由CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的加工工件的實(shí)際刀軌信息和采 樣時(shí)間間隔Ts;(2)根據(jù)步驟(1)設(shè)定的采樣時(shí)間間隔Ts和實(shí)際刀軌信息，按照下式
權(quán)利要求
1. 一種自由曲線外形零件圓周銑削過程中瞬時(shí)銑削力建模方法，其特征在于包括下述 步驟(1)選定立銑刀和工件幾何參數(shù)，包括立銑刀的半徑RAD、螺旋角βC1、刀齒數(shù) 、刀具偏 心參數(shù)P和λ，得到工件表面矢量方程ρ(u) = [X(u)，Y(u)，Z(u)]T和工件毛坯邊界的矢 量方程Pw(V) = [Xw(v)，Yw(v)，Zw(V) ]τ ；設(shè)定切削參數(shù)，包括進(jìn)給率Vf、軸向切削深度Rz、徑 向切削深度艮、刀具主軸轉(zhuǎn)速η ；輸入由CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的加工工件的實(shí)際刀軌信息和采樣時(shí) 間間隔Ts ；(2)根據(jù)步驟⑴設(shè)定的采樣時(shí)間間隔Ts和實(shí)際刀軌信息，按照下式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自由曲線外形零件圓周銑削過程中瞬時(shí)銑削力建模方法，用于解決現(xiàn)有的自由曲線外形零件圓周銑削過程中瞬時(shí)銑削力建模方法計(jì)算工作量大的技術(shù)問題。技術(shù)方案是以理論刀軌上的等效刀具位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)的等效進(jìn)給方向、等效法向量和等效曲率代替實(shí)際刀軌上的刀具位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)的進(jìn)給方向、法向量和曲率，避免用非二階連續(xù)的實(shí)際刀軌近似理論刀軌時(shí)所導(dǎo)致的預(yù)測(cè)銑削力的突變的現(xiàn)象；在考慮偏心的同時(shí)，推導(dǎo)出瞬時(shí)未變形切屑厚度的解析模型，無需用數(shù)值計(jì)算的方法計(jì)算瞬時(shí)未變形切屑厚度。利用本發(fā)明的方法，用MATLAB在個(gè)人計(jì)算機(jī)(Intel Core(TM)2Duo Processor，2.4GHz，2GB)計(jì)算10個(gè)周期的瞬時(shí)銑削力的時(shí)間為1.9s，比采用文獻(xiàn)2的方法計(jì)算時(shí)間233.3s，計(jì)算效率提高122.79倍。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102004818SQ20101053553
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者萬敏, 黨建衛(wèi), 張衛(wèi)紅, 楊昀, 王怡婷 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)