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申请/专利权人：哈尔滨理工大学

摘要：振动作用下高能效铣刀主切削力能耗动态特性的解算方法，属于铣刀加工技术领域。本发明利用刀齿铣削微元瞬时切削速度矢量与瞬时主切削力矢量的变化特性，采用刀齿切削刃瞬时切削边界解算方法，构建刀齿瞬时主切削力能耗分布函数，获取刀齿瞬时主切削力能耗和铣刀瞬时主切削力能耗，利用铣刀主切削力能耗时频特征参数识别铣刀主切削力能耗的动态特性。本发明解决了已有方法忽略铣刀非直齿结构、铣削振动和刀齿误差对各个刀齿瞬时切削行为影响特性之间的差异性，无法正确识别铣刀主切削力能耗变化的多样性问题，该方法可用于揭示铣刀切削过程和评价铣刀切削能效，并为高能效铣刀及其工艺设计提供基础模型。

主权项：1.振动作用下高能效铣刀主切削力能耗动态特性的解算方法，其特征在于：步骤1，构建振动作用下高能效铣刀动态切削的参考坐标系；步骤2，基于步骤1的参考坐标系，求解振动作用下高能效铣刀动态切削的参考坐标系变换矩阵；步骤3，求解振动作用下的铣刀切削坐标系瞬时偏置状态；步骤4，求解工件坐标系中刀齿切削刃方程及刀尖点轨迹方程；步骤5，求解工件坐标系中刀齿切削刃瞬时切削边界；步骤6，求解刀齿切削刃瞬时切削层厚度；步骤7，求解铣刀瞬时主切削力能耗；步骤8，基于步骤2至步骤7，进行刀齿和铣刀主切削力能耗动态特性评判；所述步骤1，构建振动作用下高能效铣刀动态切削的参考坐标系，包括：步骤1.1，构建工件坐标系o-xyz，L、Y、zH分别为工件的长度、宽度、高度，o-xyz为工件坐标系；yL为工件待加工侧立面GL与xoz平面沿y轴的距离；步骤1.2，构建铣刀结构坐标系od-xdydzd，D为铣刀刀柄直径，β为铣刀螺旋角，Lc为铣刀切削刃的轴向长度，l为铣刀悬伸量，L1为铣刀总长度；szmin为铣刀刀齿轴向最低刀尖点，srmax为铣刀回转半径最大的刀尖点，rmax为铣刀刀齿最大回转半径；od-xdydzd为铣刀结构坐标系，其中，od为铣刀轴向最低刀尖点的回转中心；xd轴与回转半径最大刀尖点切削速度方向平行；yd轴与回转半径最大刀尖点的径向平行；zd轴为铣刀回转轴，并指向刀柄方向；步骤1.3，构建刀齿i坐标系oi-xiyizi，si为铣刀第i个刀齿的刀尖点，ri为刀齿i的回转半径，Δri为刀齿i的径向误差，为刀齿i的轴向误差；为刀齿i坐标系，oi为刀尖点si的回转中心，yi轴为过原点oi指向刀尖点si的方向，zi轴与zd平行；θi为yi轴与yd轴的夹角；si＇为第一个切入工件刀齿的刀尖点；mi为铣刀刀齿i切削刃上的特征点，ζi为mi相对于刀齿i刀尖点的滞后角，zim为mi的在刀齿i坐标系内的轴向高度，dzi为mi的铣削微元，Pom为mi所在的主剖面，mio为铣刀刀齿i瞬时切削下边界，mik为铣刀刀齿i瞬时切削上边界，hDjzi为mi的瞬时切削层厚度；步骤1.4，构建无振动作用的铣刀切削坐标系oo-xoyozo，n为铣刀的转速，vf为铣刀名义进给速度，ae为铣刀的切削宽度，ap为铣刀的切削深度，oo-xoyozo为无振动作用下的铣刀切削坐标系；为工件坐标系内切削刃上一点主切削力矢量，为工件坐标系内切削刃上一点切削速度矢量，为铣刀刀齿i坐标系内一点的主切削力矢量，为铣刀刀齿i坐标系内一点的切削速度矢量，为铣刀刀齿i刀尖点的主切削力矢量，为铣刀刀齿i刀尖点的切削速度矢量；步骤1.5，构建振动作用下的铣刀切削坐标系os-xsyszs，Axt、Ayt、Azt分别为铣刀振动沿x、y、z三个方向上的位移，os-xsyszs为铣削振动引起的坐标系oo-xoyozo偏置后的铣刀切削坐标系；os与od重合，xs轴为铣刀中心od运动轨迹的切矢量方向，zs轴与zd轴重合；osx,y,z为坐标原点os的运动轨迹，vx、vy、vz分别为osx,y,z的切矢量沿x轴、y轴、z轴的分量；θt为t时刻zs轴与zo轴的夹角,θst为t时刻xs轴与xo轴的夹角；φsit为t时刻yi轴与ys轴在xsosys平面内的夹角，x0为0时刻坐标原点os与坐标原点o沿x轴的距离，φd0为0时刻铣刀结构坐标系的瞬时位置角，φdt为yd轴与ys轴在xsosys平面内的瞬时夹角；所述步骤2，基于步骤1的参考坐标系，求解振动作用下高能效铣刀动态切削的参考坐标系变换矩阵，包括：步骤2.1，刀齿i坐标系oi-xiyizi与铣刀结构坐标系od-xdydzd的旋转矩阵Q1、平移矩阵M1分别为： 1步骤2.2，铣刀结构坐标系od-xdydzd与振动作用下的铣刀切削坐标系os-xsyszs的瞬时旋转矩阵Q2为: 2其中，φdt为yd轴与ys轴在xsosys平面内的瞬时夹角： 3式中，φd0为铣刀初始切入时刻，即t=0时刻yd轴与ys轴在xsosys平面内的夹角；步骤2.3，振动作用下的铣刀切削坐标系os-xsyszs与无振动作用下的铣刀切削坐标系oo-xoyozo的瞬时旋转矩阵Q3、Q4，瞬时平移矩阵M2分别为： 4 5其中，θs1t为xs轴在xoooyo面的投影与xo轴的瞬时夹角，θs2t为xs轴在xooozo面的投影与xo轴的瞬时夹角；步骤2.4，无振动作用下的铣刀切削坐标系oo-xoyozo与工件坐标系o-xyz的瞬时平移矩阵M3为： 6其中，为无振动作用下的铣刀切削坐标系坐标原点oo在工件坐标系o-xyz中的瞬时位置坐标； 7。

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