高速銑刀多齒不均勻切削行為的補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高速銳刀切削行為的補(bǔ)償方法，具體設(shè)及高速銳刀多齒不均勻切削行 為的補(bǔ)償方法，屬于高速銳刀設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速銳刀銳削時(shí)，一方面要求W極大的金屬去除率來(lái)減少占機(jī)時(shí)間，另一方面要 求低切削振動(dòng)和高加工表面質(zhì)量。為此，銳刀普遍采用不等齒距的刀齒分布，通過(guò)分散切削 振動(dòng)的能量，W改善高速銳削加工表面質(zhì)量。上述方法可有效抑制切削力振動(dòng)，但刀齒的不 等齒距分布同時(shí)會(huì)使銳刀產(chǎn)生不均勻切削，破壞高速銳削加工表面的均勻性，高速銳削加 工表面質(zhì)量無(wú)法得到可靠的保障。
[0003] 高速銳刀多齒不均勻切削是銳刀振動(dòng)和刀齒誤差等因素綜合作用的結(jié)果，刀齒不 等齒距分布存在多種設(shè)計(jì)方案，并不是每種設(shè)計(jì)方案均能有效解決多齒不均勻切削問(wèn)題， 刀齒分布在設(shè)計(jì)上的隨機(jī)性和多樣性，使其在控制刀齒切削行為上缺乏依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的高速多齒銳刀因切削不均引起加工表面質(zhì)量下 降的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是；高速銳刀多齒不均勻切削行為的補(bǔ)償方法，包括W下步 驟：
[0006] 步驟一；建立高速銳刀在銳刀振動(dòng)和刀齒誤差影響下的切削行為模型；
[0007] 步驟二：對(duì)高速銳刀切削行為進(jìn)行識(shí)別，對(duì)高速銳刀的齒距、銳刀轉(zhuǎn)速和銳刀的震 動(dòng)主頻進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)行初次補(bǔ)償；
[000引步驟對(duì)步驟二所述高速銳刀進(jìn)行二次識(shí)別，對(duì)多齒不均勻切削行為進(jìn)行二次 補(bǔ)償；
[0009] 步驟四：對(duì)補(bǔ)償效果進(jìn)行驗(yàn)證。
[0010] 所述步驟一建立切削行為模型的步驟為：
[0011] 構(gòu)建銳刀刀齒切削坐標(biāo)系，W機(jī)床上的指定點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，W高速銳刀銳削寬 度方向?yàn)閄軸，W銳刀進(jìn)給方向?yàn)閥軸，W銳刀的銳削深度方向?yàn)閆軸；
[001引建立高速銳刀上任意一個(gè)刀齒的銳削寬度每齒進(jìn)給量fd和銳削深度api的模 型：
[0016] 式中，0 1為高速銳刀的相鄰刀齒的間距，?'為相鄰兩齒間徑向誤差沿X方 向的誤差分量，Af為相鄰兩齒間徑向誤差沿y方向的誤差分量，A,z為相鄰兩齒的軸 向誤差，年:,(0、岑,(/)、半,(/)分別為第i個(gè)刀齒切削時(shí)銳刀沿X、y、Z方向振動(dòng)振幅， 每,_;價(jià)、聲一的和年,w價(jià)分別為第i-1個(gè)刀齒切削時(shí)銳刀沿x、y、z方向振動(dòng)振幅，n為高 速銳刀轉(zhuǎn)速，a。為銳削寬度，V f為進(jìn)給速度，a P為銳削深度?，F(xiàn)有技術(shù)采用單因素控制變量 法，針對(duì)影響加工表面形貌顯著的高速銳刀整體切削行為特征進(jìn)行研究和建模，相比之下， 本發(fā)明考慮多特征量之間交互作用對(duì)銳刀各個(gè)刀齒切削行為的影響，能夠有效抑制刀齒的 不均切削行為。
[0017] 步驟二所述對(duì)高速銳刀進(jìn)行切削行為的識(shí)別過(guò)程包括：
[0018] 利用步驟一所述的高速銳刀振動(dòng)、刀齒誤差和刀齒切削行為模型的參數(shù)，構(gòu)建第i 個(gè)刀齒加工表面殘留波峰高度Hi和加工表面相鄰殘留波峰之間間距A L i模型；
[0019] 建立高速銳刀加工表面殘留波峰在高度上分布不均勻度化和高速銳刀加工表面 殘留波峰波在峰間距的分布上不均勻度Uh的解算模型：
[0020] 利用高速銳刀相鄰刀齒的加工表面殘留波峰高度和殘留波峰間距的差別及波峰 分布不均勻度，進(jìn)行高速銳刀刀齒不均勻切削行為顯著性判別；利用銳刀相鄰刀齒的每齒 進(jìn)給量fd、fd_i，刀齒銳削深度api、apH，和刀齒的銳削寬度a。;、的差別，識(shí)別高速銳刀 刀齒不均勻切削行為類型。
[0021] 所述第i個(gè)刀齒加工表面殘留波峰高度&和加工表面相鄰殘留波峰之間間距ALi 模型為；
[0024] 式中，K 為第i-1個(gè)刀齒的副偏角，K ri為第i個(gè)刀齒的主偏角；
[0025] 高速銳刀加工表面殘留波峰在高度上分布不均勻度化和高速銳刀加工表面殘留 波峰波在峰間距的分布上不均勻度Uh的解算模型為：
[002引式中，M為加工表面檢測(cè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)殘留波峰數(shù)量，A LmJ%殘留波峰間距最大 值，A Lmi。為殘留波峰間距最小值，為殘留波峰高度最大值，Hmi。為殘留波峰高度最小值。
[0029] 步驟二所述初次補(bǔ)償調(diào)整高速銳刀齒距、銳刀轉(zhuǎn)速和銳刀振動(dòng)主頻的數(shù)值，使其 滿足：
[0030]
[0031] 式中，0為相鄰刀齒i和i-1間的齒距，Ni，N2和Ns為整數(shù)，n為銳刀轉(zhuǎn)速，F(xiàn),，F(xiàn)y 和F,分別為銳刀沿銳削寬度方向、進(jìn)給方向和銳削深度方向振動(dòng)主頻。
[0032] 所述步驟S具體包括：
[0033] 對(duì)步驟二所述已經(jīng)進(jìn)行初次補(bǔ)償?shù)母咚黉J刀進(jìn)行二次識(shí)別，二次識(shí)別的過(guò)程與步 驟二所述的識(shí)別過(guò)程相同；
[0034] 通過(guò)調(diào)整相鄰兩齒間徑向誤差沿X方向的誤差分量相鄰兩齒間徑向誤差沿y 方向的誤差分量A巧日相鄰兩齒的軸向誤差A(yù)f，使相鄰兩齒的銳削寬度差值A(chǔ) a。,、每齒給進(jìn) 量差值A(chǔ) fd和銳削深度差值A(chǔ) a W分別滿足：
[003引 Aaei《Aaemax
[0036]
[0037] Aapi《Aapmax
[003引所述A aei = a ei-aeH，A fzi = f zi-fzi-1，A api = a pi-apH，式中 A aema為加工表面 形貌允許的刀齒銳削寬度不均性最大值，A 加工表面形貌允許的刀齒每齒進(jìn)給量不 均性最大值，A apm"為加工表面形貌允許的刀齒銳削深度不均性最大值。
[0039] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下效果；本項(xiàng)發(fā)明提供一種高速銳刀多齒不均勻切 削行為的補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法及銳刀；該方法利用振動(dòng)與刀齒誤差影響下的刀齒每齒進(jìn)給量、銳 削深度、銳削寬度解算模型，揭示出銳刀振動(dòng)和誤差對(duì)刀齒切削行為的影響，實(shí)現(xiàn)了銳刀多 齒切削行為的定量描述；利用高速銳刀切削實(shí)驗(yàn)，獲得高速銳刀切削過(guò)程中沿銳削寬度方 向、進(jìn)給方向和銳削深度方向振動(dòng)的時(shí)域和頻域特征；采用高速銳削加工表面形貌仿真方 法，揭示出銳刀振動(dòng)影響下刀齒切削行為與加工表面形貌關(guān)系；利用高速銳刀加工表面殘 留波峰高度及其間距的變化，識(shí)別出高速銳刀刀齒不均勻切削行為類型；提出一種高速銳 刀多齒不均勻切削行為的齒距補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法，并針對(duì)該方法的不足，提出了銳刀多齒不均 勻切削行為的二次補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法，利用本發(fā)明的方法可W設(shè)計(jì)出可改善刀齒不均勻切削狀 態(tài)，減小加工表面粗趟度和加工表面形貌不均勻度的高速銳刀；有效的解決了銳刀振動(dòng)和 刀齒誤差影響下，高速銳刀多齒不均勻切削導(dǎo)致的加工表面質(zhì)量下降問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1，本發(fā)明的流程圖；
[0041] 圖2,本發(fā)明在yoz平面內(nèi)銳刀刀齒的切削行為示意圖；
[0042] 圖3,本發(fā)明在xoy平面內(nèi)銳刀刀齒的切削行為不意圖；
[0043] 圖4,本發(fā)明高速銳刀切削45鋼加工表面形貌示意圖；
[0044] 圖5,銳削寬度方向的加工表面形貌仿真結(jié)果圖；
[0045] 圖6,進(jìn)給方向的加工表面形貌仿真結(jié)果圖；
[0046] 圖7、銳削深度方向的加工表面形貌仿真結(jié)果圖；
[0047] 圖8,高速銳刀多齒不均勻切削行為的識(shí)別方法流程圖；
[0048] 圖9,高速銳刀齒距和刀齒誤差補(bǔ)償方法流程圖；
[0049] 圖10,直徑63mm四齒不等齒距銳刀的齒距分布及刀齒徑向尺寸示意圖；
[0050] 圖11，直徑63mm四齒不等齒距銳刀刀齒的軸向尺寸示意圖；
[0化1] 圖12,銳削寬度方向的銳刀振動(dòng)，a為補(bǔ)償設(shè)計(jì)前高速銳刀振動(dòng)，b為補(bǔ)償設(shè)計(jì)后 高速銳刀振動(dòng)；
[0化2] 圖13,銳刀進(jìn)給方向的銳刀振動(dòng)，a為補(bǔ)償設(shè)計(jì)前高速銳刀振動(dòng)，b為補(bǔ)償設(shè)計(jì)后 高速銳刀振動(dòng)；
[0053] 圖14,銳削深度方向的銳刀振動(dòng)，a為補(bǔ)償設(shè)計(jì)前高速銳刀振動(dòng)，b為補(bǔ)償設(shè)計(jì)后 高速銳刀振動(dòng)；
[0054] 圖15,補(bǔ)償設(shè)計(jì)前高速銳刀的加工表面形貌示意圖；
[0化5] 圖16,補(bǔ)償設(shè)計(jì)后高速銳刀的加工表面形貌示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 結(jié)合【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的本發(fā)明的技術(shù)方案是；高速銳刀 多齒不均勻切削行為的補(bǔ)償方法，包括W下步驟：
[0化7] 步驟一、建立高速銳刀在銳刀振動(dòng)和刀齒誤差影響下的切削行為模型，具體為：
[005引構(gòu)建銳刀刀齒切削坐標(biāo)系，W機(jī)床上的指定點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，W高速銳刀銳削寬 度方向?yàn)閄軸，W銳刀進(jìn)給方向?yàn)閥軸，W銳刀的銳削深度方向?yàn)閆軸；
[0059] 在該坐標(biāo)系中建立高速銳刀振動(dòng)和刀齒誤差影響下的刀齒切削模型，如圖2和圖 3所示；
[0060] 通過(guò)坐標(biāo)系內(nèi)的刀齒切削模型建立高速銳刀上任意一個(gè)刀齒的銳削寬度每齒 進(jìn)給量fd和銳削深度a W的模型：
[0064]式中，01為高速銳刀的相鄰刀齒的間距，為相鄰兩齒間徑向誤差沿X方向的 誤差分量，Af為相鄰兩齒間徑向誤差沿y方向的誤差分量，Af為相鄰兩齒的軸向誤差，兩 相鄰刀齒i和i-1間的誤差W前一個(gè)刀齒i-1為基準(zhǔn)進(jìn)行度量；聲，價(jià)、聲的和半,的分別 為第i個(gè)刀齒切削時(shí)銳刀沿x、y、z方向振動(dòng)振幅，年,_爪、聲_爪和年爪分別為第i-1 個(gè)刀齒切削時(shí)銳刀沿X、y、Z方向振動(dòng)振幅，n為高速銳刀轉(zhuǎn)速，a。為銳削寬度，V f為進(jìn)給速 度，a。為銳削深度。
[0065] 步驟二：對(duì)高速銳刀切削行為進(jìn)行識(shí)別，對(duì)高效銳刀的齒距、銳刀轉(zhuǎn)速和銳刀的振 動(dòng)主頻進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)行初次補(bǔ)償，具體包括：
[0066] 1、采用直徑63mm四齒等齒距分布的高速銳刀，在轉(zhuǎn)速101 Irpm、進(jìn)給速度323mm/ min、銳削深度0. 3mm、銳削寬度40mm條件下進(jìn)行切削45鋼實(shí)驗(yàn)，獲得高速銳刀切削過(guò)程中 沿銳削寬度方向、進(jìn)給方向和銳削深度方向振動(dòng)的時(shí)域和頻域特征參數(shù)如表1所示，獲得 的加工表面形貌實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示；
[0067] 表1高速銳刀振動(dòng)特征參數(shù)
[0068]
[0070] 2、利用表1中高速銳刀切削過(guò)程中沿銳削寬度方向、進(jìn)給方向和銳削深度方向振 動(dòng)的時(shí)域和頻域測(cè)試結(jié)果，采用Matlab求解第i個(gè)刀齒和與之相鄰的下一個(gè)刀齒i+1切削 時(shí)銳刀沿x、y、z方向振動(dòng)振幅方程每的、屯的、車(0和年W的、聲W價(jià)、半
[0071] 3、分別求解直徑63mm銳刀四個(gè)刀齒的切削行為，進(jìn)行高速銳削加工表面形貌仿 真，揭示出銳刀振動(dòng)影響下刀齒切削行為與加工表面形貌關(guān)系，如圖5、圖6和圖7所示；
[0072] 4、由圖5、圖6和圖7,銳刀振動(dòng)頻率與刀齒切削頻率不一致所引起的銳刀多齒不 均勻切削，使加工表面形貌及其分布發(fā)生明顯改變，相鄰兩刀齒形成的加工表面殘留高度 及其間距對(duì)銳刀多齒不均勻切削具有顯著的響應(yīng)特性；
[0073] 5、利用步驟一所述的高速銳刀振動(dòng)、刀齒誤差和刀齒切削行為模型的參數(shù)，構(gòu)建 第i個(gè)刀齒加工表面殘留波峰高度&和加工表面相鄰殘留波峰之間間距ALi模型；
[0076] 式中，