靳淇超1,2 李军1 叶子银1 俞弘宇1 郭磊3
1. 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室,陕西 西安 710064;
2. 中国航发西安航空发动机有限公司,陕西 西安 710021;
3. 西安交通大学 精密微纳制造技术全国重点实验室,陕西 西安 710054
JIN Qichao1 LI Jun1 YE Ziyin1 YU Hongyu1 GUO Lei3
1. Key Laboratory of Road Construction Technology and Equipment of MOE, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China;
2. AECC Xi’an Aero-engine Ltd., Xi’an Shaanxi 710021, Shaanxi, China;
3. National Key Laboratory of Precision Micro/Nano Manufacturing Technology, Xi’an Jiaotong University, Xi’an Shaanxi 710054, Shaanxi, China
摘要:
针对球头铣刀变刃倾角切削时三维力场分布复杂、未变形切屑厚度动态变化显著等特点,为实现球头铣刀多轴加工中切削力的高精度预测,本研究提出了一种融合斜角切削理论与动态运动学仿真的铣削力建模方法。首先,基于等效平面法建立斜角切削力学解析框架,通过坐标变换将三维切削问题转化为二维平面,推导包含剪切效应与耕犁效应的复合力学模型,重点表征刃倾角对材料流动方向及应力分布的调控机制;其次,建立球头铣刀刃线几何特征,结合刀具-工件运动学耦合模型,求解刀齿运动微分方程,并通过改进型Z-MAP算法实现动态加工表面形貌仿真,提取时变未变形切屑厚度分布;进而提出多尺度力学映射策略,将刀具离散为微元切削刃,基于斜角切削解析模型迭代积分求解各微元的切向力、径向力与轴向力分量,最终合成三维铣削力时域信号。结果表明:轴向、进给方向与切宽方向的铣削力预测最大误差分别为18.3%、10.8%与22.4%,验证了模型在复杂几何刀具受力分析中的适用性。该研究通过融合运动学仿真与微观力学解析,为球头铣刀工艺参数优化与加工稳定性提升提供了理论支撑。