平底刀五轴加工铣削力精确预报方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105488284A(43)申请公布日2016.04.13(21)申请号201510875933.X(22)申请日2015.12.02(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人朱利民李洲龙(74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人郭国中(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图5页(54)发明名称平底刀五轴加工铣削力精确预报方法(57)摘要本发明提供了一种平底刀五轴加工铣削力精确预报方法，首先，将连结刀具底圆圆心与圆上均匀分布的刀刃点得到的线族作为几何计算的基元，基于底刃空间运动轴向速度分量确定可行接触区间，应用线面求交法及距离场法确定底刃工件啮合区域；然后，依据底刃工件啮合区域边界信息计算切宽，基于当前刀齿底面与前一刀齿底面的相对位置关系解析计算底刃瞬时未变形切厚值；通过一组不同进给率下的插铣标定实验，基于平均切削力系数标定法由最小二乘拟合得到底刃铣削力系数；最后，将以上所求参数代入经典二元切削力模型计算得到底刃切削力，并将其与侧刃力叠加得到切削合力。本发明在预报五轴铣削力时考虑了底刃切削所引起的切削力，提高了预报的准确性。CN105488284ACN105488284A权利要求书1/4页1.一种平底刀五轴加工铣削力精确预报方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，读入毛坯模型文件、刀路文件以及刀具几何参数数据，并将离散刀位插值获得刀具轴迹面并存储所述刀具轴迹面；步骤S2，基于底刃空间运动轴向速度分量确定底刃的可行接触区间，应用线面求交法及距离场法确定底刃工件啮合区域；步骤S3，依据底刃工件啮合区域边界信息计算切宽，基于当前刀齿底面与前一刀齿底面的相对位置关系解析计算底刃瞬时未变形的切厚值；步骤S4，采用多组不同进给率的三轴插铣实验，基于线性回归法拟合得到切向r、径向t及轴向a的底刃铣削力系数，包括剪切力系数KB,qc(q＝r,t,a)和犁切力系数KB,qe(q＝r,t,a)；步骤S5，将所述刀具几何参数信息、所述底刃工件啮合区域的信息、所述切宽、底刃瞬时未变形的切厚值以及切向、径向及轴向的底刃铣削力系数代入底刃切削力模型，计算得到给定刀具回转角处底刃的切向、径向、轴向铣削力；步骤S6，将底刃的所述切向、径向、轴向铣削力坐标变换到X、Y、Z轴方向，得到任意时刻底刃切削力FB(t)，然后将底刃切削力FB(t)与侧刃力FS(t)求和得到任意时刻的五轴铣削力F(t)。2.根据权利要求1所述的平底刀五轴加工铣削力精确预报方法，其特征在于，所述步骤S1提及的刀具轴迹面由两条准线P(t)和Q(t)确定，刀具进给坐标系确定如下:zf(t)＝A(t)其中其中，t为时间，P(t)和Q(t)为B样条曲线形式。3.根据权利要求2所述的平底刀五轴加工铣削力精确预报方法，其特征在于，所述步骤S2包含如步骤：步骤S201，底刃在几何上可以表示为刀具底部的径向线段其中：为刀齿位置角，R为刀具半径；对式(3)对于t求导，得到底刃任意位置的运动速度2CN105488284A权利要求书2/4页当底刃存在沿刀轴向下运动的速度分量时，才能够参与切削，因此，通过求解刀具轴向速度分量可以得到底刃的可行接触区间：步骤S202，将底刃的可行接触区间内的径向线段与工件各表面求交，并基于距离场法确定径向线段端点与毛坯体位置关系，确定所有接触边界点径向位置坐标M为边界点总个数，进而通过按顺序成对取出径向位置值确定底刃工件啮合区域[Ri,Ri+1]；基于距离场法确定径向线段端点与毛坯体位置关系的具体内容：基于如下距离场函数判断点与毛坯体位置关系：其中，p为径向线段端点，q为毛坯边界上的点，为毛坯边界面，S为毛坯体，dS(p)为点p到毛坯边界面的最小距离值；根据式(6)求得的距离值，进行如下判断：-若距离值为正值，表示该点位于毛坯体内；-若距离值为负值，表示该点位于毛坯体外；-若为零，表示该点位于毛坯体边界上。4.根据权利要求3所述的平底刀五轴加工铣削力精确预报方法，其特征在于，所述步骤3中，底刃的切宽是依据啮合区域信息确定的，其计算方法为：底刃瞬时未变形切厚值定义为当前切削点沿刀轴方向到上一刀齿底面的距离，依据几何关系：其中，tc为当前切削点对应的时刻，tp为上一刀齿切削点对应的时刻；能够得到切厚的解析表达式：由于底刃切厚关于径向位置x呈线性关系，则能够得到当前时刻t下底刃的平均切厚值。3CN105488284A权利要求书3/4页5.根据权利要求4所述的平底刀五轴加工铣削力精确预报方法，其特征在于，在所述步骤S4中，插铣的切厚即为每齿进给量ft，第j个刀齿切宽bj(t)可以解析表示为：其中ae为插铣