一种适用于难加工材料高速车削过程的切削力建模方法

摘要

本发明属于金属切削加工相关技术领域，并公开了一种适用于难加工材料高速车削过程的切削力建模方法，包括：(i)构建表达式来反映整个车削过程中的切削厚度变化状况；(ii)针对切削力沿着切削、径向和轴向的方向，分别表征和计算对应的动态切削力系数；(iii)结合所获得的动态切削厚度和动态切削力系数，建立可真实反映难加工材料高速车削过程的切削力模型。通过本发明，能够实现对整体高速车削过程中切削力更为全面、准确的预测，并高质高效地控制切削过程并提供针对性的工艺指导。

主权项

一种适用于难加工材料高速车削过程的切削力建模方法，其特征在于，该方法包括：(i)针对难加工材料执行车削加工，并为整个车削过程中的切削厚度变化状况建立如下的表达式：$h_i=\left\{\begin{array}{cc}R-\frac{R-a_p}{{\mathrm{sin\theta }}_i}& {\theta }_0\le {\theta }_i\le {\theta }_m\\ R-\sqrt{R^2-f^2{\sin }^2{\theta }_i}+f{\mathrm{cos\theta }}_i& {\theta }_m\le {\theta }_i\le {\theta }_1\end{array}\right.$其中，h_i表示车削过程中所产生切屑的第i个微元的动态切削厚度，单位为毫米；θ_i表示刀具自身的径向与进给方向之间的动态夹角，且其与各个h_i一一相对应；R表示刀具的刀尖半径，单位为毫米；a_p表示刀具的切削深度，单位为毫米；f表示刀具的进给速度，单位为毫米/转；此外，θ₀表示切削几何的起始角，并被设定为等于θ_m表示切削几何的中间临界角，并被设定为等于θ₁则表示切削几何的终止角，并被设定为等于(ii))针对切削力沿着切向、径向和轴向的三个方向，相应建立如下所示的多项表达式，并分别计算得出各自对应的动态切削力系数：K_tc,i＝K_tc3·h_i³+K_tc2·h_i²+K_tc1·h_i+K_tc0K_rc,i＝K_rc3·h_i³+K_rc2·h_i²+K_rc1·h_i+K_rc0K_ac,i＝K_ac3·h_i³+K_ac2·h_i²+K_ac1·h_i+K_ac0其中，K_tc,i表示所述第i个微元沿着切向方向的动态切削力系数；K_rc,i表示所述第i个微元沿着径向方向的动态切削力系数；K_ac,i表示所述第i个微元沿着轴向方向的动态切削力系数；K_tc3、K_tc2、K_tc1和K_tc0分别是用于描述K_tc,i与h_i两者之间三阶、二阶、一阶以及零阶数值关系的特性值；K_rc3、K_rc2、K_rc1和K_rc0分别是用于描述K_rc,i与h_i两者之间三阶、二阶、一阶以及零阶数值关系的特性值；K_ac3、K_ac2、K_ac1和K_ac0分别是用于描述K_ac,i与h_i两者之间三阶、二阶、一阶以及零阶数值关系的特性值；(iii)结合步骤(i)和步骤(ii)分别所获得的动态切削厚度和动态切削力系数，对其继续执行微分计算，相应获得如下函数表达式所共同表征的切削力模型：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{dF}}_{t,i}=K_{tc,i}·h_i·Rd\theta \\ {\mathrm{dF}}_{r,i}=K_{rc,i}·h_i·Rd\theta \\ {\mathrm{dF}}_{a,i}=K_{ac,i}·h_i·Rd\theta \end{array}\right.$其中，dF_t,i表示所述第i个微元所受切削力在切向方向上的分力，dF_r,i表示所述第i个微元所受切削力在径向方向上的分力，dF_a,i则表示所述第i个微元所受切削力在轴向方向上的分力，由此完成整体的切削力建模过程。