基于刀具角度与切削用量参数变化的车削力预测方法

摘要

本发明公开的一种基于刀具角度与切削用量参数变化的车削力预测方法，利用测力仪，测得一次车削中沿坐标系坐标轴分布的切削力，通过变换标系，计算出该切削力在变换后的坐标系中的三向车削力系数，再根据该车削力系数，计算得到预测的车削力，以实现对同种材质的刀具在同样的切削润滑条件下，加工材质相同和具有相同热处理状态的工件，在任意刀具角度参数和切削用量参数时的三向车削力的预测。本发明预测车削力的方法所需的切削实验工作量少，所获得的切削力模型具有较宽的使用范围，其预测精度可满足实际需要，便于推广应用。

主权项

1.一种基于刀具角度与切削用量参数变化的车削力预测方法，通过一次车削实验得到的数据，来进行不同刀具角度、不同切削用量参数时的车削力预测，其特征在于，该方法按以下步骤进行：步骤1：用车刀(1)车削工件(2)，以车刀(1)的刀尖为坐标原点，建立三维坐标系UVW，利用三向测力仪，测出沿该三维坐标系UVW的坐标轴分布的三向车削力值F_u、F_v、F_w，车刀(1)的刀具角度参数为前角γ₀、刃倾角λ_s、实际主偏角K_r和实际副偏角，切削用量参数为切削深度t和进给量f；步骤2：根据步骤1建立的三维坐标系UVW，保持坐标系原点与V轴不变，将U轴和W轴构成的平面绕V轴顺时针转动实际主偏角K_r的余角的角度，建立三维坐标系U₁V₁W₁；步骤3：根据步骤2建立的三维坐标系U₁V₁W₁，保持坐标系原点与U₁轴不变，将V₁轴和W₁轴构成的平面绕U₁轴顺时针转动刃倾角λ_s的角度，建立三维坐标系U₂V₂W₂；步骤4：根据步骤3建立的三维坐标系U₂V₂W₂，保持坐标系原点与W₂轴不变，将V₂轴和U₂轴构成的平面绕W₂轴顺时针转动前角γ₀的角度，建立三维坐标系U₃V₃W₃；步骤5：根据步骤1测得的三向切削力F_u、F_v和F_w，通过下式将该三向切削力F_u、F_v和F_w转换为步骤4建立的三维坐标系U₃V₃W₃中的三向切削力F_u3、F_v3和F_w3：$\left\{\begin{array}{c}{F}_{u3}\\ F_{v3}\\ F_{w3}\end{array}\right\}=T^{-1}·\left\{\begin{array}{c}{F}_u\\ F_v\\ F_w\end{array}\right\}---\left(1\right)$式中，T为由三维坐标系UVW到三维坐标系U₃V₃W₃的坐标转换矩阵；步骤6：根据步骤5得到的三向切削力F_u3、F_v3和F_w3，按照下述公式计算三向切削力系数K_u3、K_v3、K_w3：$\left\{\begin{array}{c}{K}_{u3}\\ K_{v3}\\ K_{w3}\end{array}\right\}=1/S\left\{\begin{array}{c}{F}_{u3}\\ F_{v3}\\ F_{w3}\end{array}\right\}---\left(2\right)$式中，S为车刀前刀面上的有效切削面积；步骤7：车削力预测计算根据步骤6得到的三向切削力系数K_u3、K_v3、K_w3，通过下式预测计算出任意给定刀具角度和切削用量参数的车刀(1)切削工件(2)时，在三维坐标系UVW下的三向车削力F_u、F_v、F_w：$\left\{\begin{array}{c}{F}_{u3}\\ F_{v3}\\ F_{w3}\end{array}\right\}=S\left\{\begin{array}{c}{K}_{u3}\\ K_{v3}\\ K_{w3}\end{array}\right\}---\left(3\right)$$\left\{\begin{array}{c}{F}_u\\ F_v\\ F_w\end{array}\right\}=T·\left\{\begin{array}{c}{F}_{u3}\\ F_{v3}\\ F_{w3}\end{array}\right\}---\left(4\right)$