基于改进平均力法的圆弧铣刀拐角铣削力预测

摘要

在圆弧铣刀铣削壁板类网格结构的拐角轮廓时，刀具和工件的接触区域改变会引起铣削力的变化，增加铣削过程的不稳定性，影响工件加工精度.为此，针对圆弧铣刀拐角铣削力预测，提出一种基于改进平均力法的变切宽铣削力精准预测模型.首先，根据刀具和工件的几何接触关系，通过将铣削过程分为5个阶段，分别推导各阶段的刀具径向切削宽度，进而建立随轨迹变化的变切宽函数.其次，结合圆弧铣刀微元铣削力模型，构建变切宽铣削力预测模型.然后，考虑刀具圆角对铣削力系数的影响，对传统平均力法进行改进，提出一种新的适用于圆弧铣刀的铣削力系数辨识方法，提高变切宽铣削力预测模型在拐角加工中的预测精度.该方法将铣削力系数视为关于刀具轴向高度的函数，分别计算刀具不同部位的铣削力系数，获得不同轴向高度下的铣削力系数函数.最后，以刀具轴向高度及每齿进给量为自变量，设计了40组不同参数的铣削力系数辨识方案，并开展了系数辨识实验和铣削力实验.结果表明，所提的铣削力系数辨识方法优于传统方法，所构建的变切宽铣削力预测模型能够实现拐角铣削力变化规律的预测，且理论与实验的三向力峰值相对误差小于15%.本文工作为拐角铣削路径优化提供了理论支撑.

关键词

圆弧铣刀 / 铣削力 / 拐角铣削 / 变切宽函数 / 铣削力系数辨识

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52375009); 航天科技集团应用创新计划资助项目(6230113006)