變曲率曲面側銑過程中的瞬時銑削力預測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種銑削過程中銑削力的預測方法，更具體地，涉及復雜曲面側銑過 程中的瞬時銑削力的預測方法。
【背景技術】
[0002] 銑削力是銑削過程中最重要的物理參數之一，它直接影響著刀具和工件變形、銑 削穩定性、刀具磨損等，從而影響到加工精度、加工效率和能耗。目前，有關側銑過程中的銑 削力研宄主要集中于直線銑削（零曲率）和圓弧銑削（定曲率），這兩種情況下，由于切削 幾何條件的不變性，銑削力呈周期性變化。而在航空、模具、汽車和電子等領域，多數復雜曲 面的曲率是不斷變化的，因曲率影響，實際徑向切深、實際每齒進給量等工藝參數偏離了編 程設定值（即，名義值），且具有時變性，造成銑削力不再具有嚴格的周期性，采用傳統方法 無法精確預測瞬時銑削力，也因此，部分學者對變曲率曲面側銑的銑削力預測方法進行了 研宄。
[0003]文獻I"RaoVS，RaoPVM，Modelingoftoothtrajectoryandprocess geometryinperipheralmillingofcurvedsurfaces,InternationalJournalof MachineToolsandManufacture45(2005)617 - 630. "公開了對曲面周銑的實際每齒進給 量和切入/切出角的計算方法，以相鄰兩刀齒與待加工面的交點之間的距離作為實際每齒 進給量。
[0004]文獻RaoVS，RaoPVM，Effectofworkpiececurvatureoncuttingforces andsurfaceerrorinperipheral,ProceedingsoftheInstitutionofMechanical Engineers,PartB:JournalofEngineeringManufacture, 220 (2006) 1399-1407. "在文獻 I的基礎上公開了自由外形曲面周銑的銑削力模型。
[0005]文獻 3"YangY，ZhangWH，WanM，Effectofcutterrunouton processgeometryandforceinperipheralmillingofcurvedsurfaces withvariablecurvature,InternationalJournalofMachineToolsand Manufacture, 54(2011)420-427. "公開了基于NC代碼的刀位點確定方法、瞬時未變形切肩 厚度的顯式計算公式及銑削力預測方法，在一定程度上提高了計算效率。
[0006] 文獻1和文獻2以相鄰兩刀齒與待加工面的交點之間的距離作為實際每齒進給 量，未考慮進給方向的影響，造成實際每齒進給量計算結果不夠精確，從而造成瞬時未變形 切肩厚度計算失準，銑削力預測不夠精確。文獻3基于NC代碼確定刀位路徑的方法，雖然 更接近加工實際，但在銑削參數未確定的情況下，也無法獲得正確的NC代碼，因此，方法并 不適用于銑削參數優化等領域。另外，文獻1、文獻2和文獻3中計算切入/切出角度時，均 需要大量的數學計算，從而影響到銑削力預測效率。

【發明內容】

[0007] 發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種變曲率曲面側銑的 瞬時銑削力預測方法。該方法不僅避免了大量方程求解，提高變曲率曲面側銑的瞬時銑削 力預測效率，而且銑削力預測精確。
[0008] 技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種變曲率曲面側銑的 瞬時銑削力預測方法，根據側銑過程中曲面的曲率變化，沿刀具軌跡以等參數間隔計算各 刀具位置點，并計算出瞬時刀具角位置、進給方向、對應加工時間和實際徑向切削深度；依 據實際徑向切削深度，計算出瞬時切入/切出角度；將名義每齒進給量作為實際每齒進給 量，并結合瞬時刀具角位置計算出每個切削微元的瞬時未變形切肩厚度；然后依據進給方 向，建立局部坐標系下的銑削力模型，并投影到整體坐標系中，即可得到瞬時銑削力。
[0009] 具體包括以下步驟：
[0010] 步驟1，根據側銑過程中曲面的曲率變化，確定銑刀參數、名義銑削參數、銑削方式 以及采樣點的參數間隔，獲取加工后工件輪廓曲線的參數方程為（X(u)，y(u))，u為當前采 樣點對應的參數；
[0011] 步驟2,依據工件邊界條件、刀具軌跡方程計算刀具開始切削材料時對應的刀具軌 跡曲線參數，即，確定初始刀具中心位置；
[0012] 步驟3,根據步驟1確定的銑刀參數、名義銑削參數、銑削方式、采樣點的參數間 隔、加工后工件輪廓曲線的參數方程（X(u)，y(u))以及步驟2確定的初始刀具中心位置建 立刀具瞬時進給方向角0 (u)模型，當前刀具中心位置模型，加工時間t(u)模型和刀具在 隨動坐標系〇sxsys中的角位置朽(M)模型；
[0013] 步驟4,根據步驟3得到的刀具瞬時進給方向角0 (u)、當前刀具中心位置，刀具軌 跡與加工前工件輪廓曲線交點的坐標，以及步驟1得到的加工后工件輪廓曲線的參數方程 (x(u),y(u))計算刀具中心位于u時的實際徑向切深(U);
[0014] 步驟5,根據步驟4求得的實際徑向切深aee(u)計算刀具銑削時的切入角Uu) 和切出角4>ex(u);而在刀具的進入段根據工件的邊界條件計算實際切出角；在刀具切出段 根據工件邊界條件計算實際切入角；
[0015] 步驟6，沿刀具軸向將刀齒進行離散化，每刀齒等分為M個切削微元，根據步驟5得 到的切入角4>st (u)和切出角（^x(U)，以及步驟1確定的銑刀參數、名義銑削參數，同時將 名義每齒進給量作為實際每齒進給量建立作用在切削微元（i，j)上的切削力模型；
[0016]步驟7,將步驟6得到的作用在切削微元（i，j)上的切削力模型轉化為隨動坐標 系osxsys中的X3與y3方向分量，并對微元切削力求和，得到進給方向銑削力Fxs(u)與法向 銑削力Fys(U);
[0017] 步驟8,將步驟7得到的進給進給方向銑削力Fxs(U)與法向銑削力Fys(U)進一步 變換到固定坐標系oxy中，得到瞬時銑削力在X與y方向的分量。
[0018] 所述步驟1中的銑刀參數包括銑刀半徑R、螺旋角0、刀齒數Nf;名義銑削參數包 括主軸轉速n,、軸向切身\、名義徑向切深^、名義每齒進給量fz;銑削方式為順銑；采樣點 的參數間隔Au。
[0019]所述步驟3中的刀具瞬時進給方向角、當前刀具中心位置、加工時間和刀具在隨 動坐標系〇sxsys中的角位置計算方法，包括以下步驟：
[0020] 步驟301，獲取刀具當前工作的前一步采樣點對應的參數Upm，則當前采樣點對應 的參數u，u=Upm+Au;Au為采樣點的參數間隔，則，
[0021] 刀具瞬時進給方向角0(U):
【主權項】
1. 一種變曲率曲面側銳的瞬時銳削力預測方法，其特征在于：根據側銳過程中曲面的 變曲率特點，沿刀具軌跡W等參數間隔計算各刀具位置點，并計算出瞬時刀具角位置、進給 方向、對應加工時間和實際徑向切削深度；依據實際徑向切削深度，計算出瞬時切入/切出 角度；將名義每齒進給量作為實際每齒進給量，并結合瞬時刀具角位置計算出每個切削微 元的瞬時未變形切屑厚度；然后依據進給方向，建立局部坐標系下的銳削力模型，并投影到 整體坐標系中，即可得到瞬時銳削力。
2. 根據權利要求1所述的變曲率曲面側銳的瞬時銳削力預測方法，其特征在于：包括 W下步驟： 步驟1，根據側銳過程中曲面的曲率變化，確定銳刀參數、名義銳削參數、銳削方式化及 采樣點的參數