华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (1): 134-148.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.250053
靳淇超1,2(
), 李军1, 叶子银1, 俞弘宇1, 郭磊3
JIN Qichao1,2(
), LI Jun1, YE Ziyin1, YU Hongyu1, GUO Lei3
摘要:
针对球头铣刀在变刃倾角条件下切削时所呈现的三维力场分布复杂、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铣削过程中切削力的高精度建模与预测,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。基于等效平面法建立斜角切削力学解析框架,通过空间坐标变换将三维切削转化为二维平面切削,推导同时包含剪切效应与耕犁效应的复合力学模型,揭示了刃倾角对切削区材料流动方向、剪切变形区形态以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;进而提出一种多尺度力学映射策略,将刀具刃口沿曲线方向离散为微元切削单元,基于斜角切削解析模型对各微元的切向力、径向力与轴向力进行迭代积分,最终叠加得到完整的三维铣削力时域信号。最后开展实验验证,结果表明:模型在轴向、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准确性与适用性。该研究方法融合了宏观运动学仿真与微观力学解析,可为球头铣刀的工艺参数优化、刀具结构设计与加工稳定性提升提供理论支撑。
中图分类号: