一种基于最大剪应力原理的切削力建模系数标定方法

技术领域

本发明涉及一种基于最大剪应力原理的切削力建模系数标定方法，属于机械制造技术领域。

背景技术

切削过程是多物理场耦合下的材料变形过程，因此，切削力建模过程中往往根据需求进行一定的简化，以提高计算效率。Merchant最初提出的剪切模型中，不考虑金属侧向流动，且认为仅在剪切平面上产生切削变形。Lee假设材料是塑性固体，采用滑移场线理论建立正交切削计算模型。Shaw重新考虑塑性带上的应力分布情况，提出一种改进后的滑移场线计算模型。Moufki提出一种考虑热力耦合效应的切削力计算模型。然而，上述切削力计算模型均不适用于斜角切削过程。

因而，研究材料斜角切削过程中的切削力变化规律，提出切削力模型系数标定方法，为生产加工提供恰当的切削参数，对促进制造技术的发展是非常重要的。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于最大剪应力原理的切削力建模系数标定方法，建立包含关键几何参数的力学计算模型，构型简洁，提高了力学模型的适应性。

本发明的技术方案是：

一种基于最大剪应力原理的切削力建模系数标定方法，包括步骤如下：

1)使用刀具切削圆柱体金属件，采集获得多组切削力试验数据；

2)根据任意一组切削力试验数据，将切削力在前刀面上分解为切向力F

3)根据切削力试验数据获得切削合力F，从而确定切削合力F在法平面上的投影与切削平面之间夹角ξ

4)根据刀具刃倾角λ

5)根据步骤3)所述法向摩擦角β

步骤2)所述将切向力F

(F

确定步骤3)所述ξ

确定步骤3)所述ξ

sinξ

tan(ξ

其中，η为流屑角。

确定步骤3)所述法向摩擦角β

β

其中，γ

确定步骤3)所述剪力F

确定步骤3)所述剪力F

确定步骤4)所述剪应力τ

其中，f为进给量，a

步骤5)所述确定切向力系数K

其中，η为流屑角，γ

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1)本发明针对圆柱形工件切削加工过程，采用机械力学式的建模方法，建立包含关键几何参数的力学计算模型，构型简洁，提高了力学模型的适应性。

2)本发明建立了基于最大剪应力原理的斜角切削模型，解析切削力模型系数之间的约束关系，揭示了车削力演变过程规律。

3)本发明提出了一种切削力系数标定方法，仅需数次试验即可完成车削力模型系数标定过程，降低了试验成本，提高了建模效率。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

丝杠切削加工过程中，由于工件轮廓曲线曲率变化，切削力容易出现大幅度变化，对刀具和工件造成切削载荷冲击，加剧刀片磨损、破损，甚至引起刀具折断，导致工件加工质量不高，合格率偏低。建立切削力模型，研究切削力变化规律，对实现高效优质生产具有重要意义。

本发明一种基于最大剪应力原理的切削力建模系数标定方法，包括步骤如下：

1)使用刀具以不同的切削参数切削圆柱体金属件，采集获得多组切削力试验数据；大于或得等于20组；

2)根据任意一组切削力试验数据，将切削力在前刀面上分解为切向力F

(F

3)根据切削力试验数据获得切削合力F，从而确定切削合力F在法平面上的投影与切削平面之间夹角ξ

确定步骤3)所述ξ

确定步骤3)所述ξ

sinξ

tan(ξ

其中，β

确定步骤3)所述法向摩擦角β

β

其中，γ

确定步骤3)所述剪力F

其中，

4)根据刀具刃倾角λ

其中，f为进给量，a

5)根据步骤3)所述法向摩擦角β

其中，η为流屑角，γ

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。

在圆柱形工件端面建立坐标系OXYZ，其中O点位于端面圆心，平面XOY与端面重合。切削力在前刀面上的分力可表示为切向力F

车削过程中，切向力F

式中，γ

斜角切削方式下，K

其中，β

根据最大剪应力原理，作用力和剪切面之间的夹角应为π/4，故有：

式中，F

从式(4)和(5)可得：

剪应力τ

式中，A

式中，f为进给量，a

F

(F

式中，T(λ

另外

切削加工过程中，作用在刀具前刀面上的载荷有

F

Fcosη＝F

进一步有：

sinξ

tan(ξ

其中，η为流屑角；β

ξ

式中，β

γ

式中，γ

切削力系数标定步骤如图1所示：

步骤1取第i次采集的切削力数据，获得[FR，FA，FT]，代入式(10)转换成法向切削力数据[FRn，FAn，FTn]。

步骤2将切削力数据代入式(12)，(15)～(17)，解出系数ξ

步骤3将系数ξ

步骤4由(F

步骤5法向剪切角

步骤6重复步骤1～5，不少于20组系数βn、

步骤7取出存储系数βn、

步骤8使用上述量，利用公式(3)确定将切向力系数K

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。