车削梯形内螺纹瞬态切削力模型的构建方法技术

车削梯形内螺纹瞬态切削力模型的构建方法，它涉及内螺纹切削力模型的构建方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有技术利用测力仪对瞬态切削力进行在线测量的方法会使得测力仪与工件产生干涉现象，使测量结果受测试位置的影响较大的问题。本发明专利技术包括步骤一、对大螺距螺纹车削过程分析，建立振动作用下刀尖实际切削运动轨迹数学模型；步骤二、依据车削大螺距螺纹刀-工接触关系，建立振动作用下刀具左、右刃瞬态切削姿态模型；步骤三、建立振动作用下刀具左、右刃瞬态切削层参数模型，并最终建立车削大螺距梯形内螺纹刀具左、右刃瞬态切削力模型。本发明专利技术为完整揭示振动与切削的交互作用关系、实现对梯形内螺纹车削过程的在线监测与控制提供有效依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内螺纹切削力模型的构建方法，具体涉及车削梯形内螺纹瞬态切削力模型的构建方法，属于内螺纹车削

技术介绍
压力机上所应用的大螺距螺母要求其具有较高的尺寸精度和表面质量，由于其加工过程采用低速、大进给、大余量切削，因此加工过程中刀具所受切削力较大，同时加工过程中刀杆采用大悬伸结构，降低了刀具刚度，以上特殊加工要求均会使大螺距内螺纹加工过程中系统产生明显振动，对大螺距梯形内螺纹车削稳定性影响较大。大螺距梯形内螺纹车削过程中切削力与振动之间存在一种交互作用关系，因此要想完整揭示这种交互关系，不仅要探明切削力对振动的影响，同时要探明振动对切削力的影响。由于内螺纹车削过程中刀工接触关系与外螺纹有所差异，因此已有的外螺纹车削过程中瞬态切削力的模型计算方法已无法准确的对车削内螺纹过程中瞬态切削力进行计算，需对大螺距梯形内螺纹车削过程中振动作用下刀工接触关系进行描述，进而建立车削内螺纹振动作用下瞬态切削力模型；由于内螺纹加工时刀具需通过大悬伸刀杆对工件内部进行车削加工，因此已有的利用测力仪对瞬态切削力进行在线测量的方法会使得测力仪与工件产生干涉现象，对现场加工起到的较大的限制作用，并且已有的在线测量结果受测试位置的影响较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术利用测力仪对瞬态切削力进行在线测量的方法会使得测力仪与工件产生干涉现象，对现场加工起到的较大的限制作用，并且已有的在线测量结果受测试位置的影响较大的问题。本专利技术的技术方案是：车削梯形内螺纹瞬态切削力模型的构建方法，包括以下步骤：步骤一、对大螺距螺纹车削过程分析，建立振动作用下刀尖实际切削运动轨迹数学模型；步骤二、依据车削大螺距螺纹刀-工接触关系，建立振动作用下刀具左、右刃瞬态切削姿态模型；步骤三、依据振动作用下刀尖切削运动轨迹模型及刀具左、右刃切削姿态模型，建立振动作用下刀具左、右刃瞬态切削层参数模型，并最终建立车削大螺距梯形内螺纹刀具左、右刃瞬态切削力模型。所述振动作用下刀尖实际切削运动轨迹数学模型为：Xn(t)=[rn+xnt(t)]·cos2πn·tYn(t)=[rn+ynt(t)]·sin2πn·tZn(t)=zMn-[Pn-znt(t)]·n·t]]>式中，Xn(t)、Yn(t)、Zn(t)分别为刀具在机床坐标系下的x、y、z三方向的空间位置点，Pn为螺距，rn为刀尖与工件主轴理论垂直距离，rn＝60mm，zMn为刀具起刀点在机床坐标系下z向坐标值，t为加工时间。步骤二所述依据车削大螺距螺纹刀-工接触关系，建立振动作用下刀具左、右刃瞬态切削姿态模型的方法包括：根据依据车削大螺距螺纹刀-工接触关系建立刀具左、右刃工作角度的几何模型；在振动作用下，刀具左刃工作前角γnr、右刃工作前角γnl、刀具左刃工作后角αnr和右刃工作后角αnl均变为随时间变化的瞬态工作角度，分别为γnl(t)、γnr(t)、αnl(t)和αnr(t)，刀具瞬态工作前角、后角分别下式所示：γnl(t)=γnl0(t)-θγnr(t)=γnr0(t)+θ]]>αnl(t)=αnl0(t)+θαnr(t)=αnr0(t)-θ]]>γnr0(t)、αnr0(t)分别为正交平面内刀具左刃瞬态标注前角、标注后角，γnl0(t)、αnl0(t)分别为正交平面内刀具右刃瞬态标注前角、标注后角，θ为螺旋升角；建立振动作用下刀具左、右刃瞬态工作主偏角和工作刃倾角几何模型，依据刀具左、右刃瞬态工作主偏角与刃倾角，解算出振动作用下刀具左、右刃工作主偏角的瞬态变动量Wnr(t)和Wnl(t)、刀具左、右刃瞬态工作主偏角krn2(t)和krnl(t)、刀具左、右刃瞬态工作刃倾角λsnr(t)和λsnl(t)分别下式所示：Wnl(t)=μnl(t)=arctanznlt(t)Ln-xnlt(t)Wnr(t)=μnr(t)=arctanznrt(t)Ln-xnrt(t)]]>krn1(t)=krn1-Wnl(t)=krn1-arctanznlt(t)Ln-xnlt(t)krn2(t)=krn2-Wnr(t)=krn2-arctanznrt(t)Ln-xnrt(t)]]>λsnl(t)=2arctanxnlt(t)ynlt(t)-λsnlλsnr(t)=2arctanxnrt(t)ynrt(t)-λsnr]]>其中，xnlt(t)、ynlt(t)、znlt(t)分别为刀具左扩宽时在x、y、z三方向振动位移，xnrt(t)、ynrt(t)、znrt(t)分别为刀具右扩宽时在x、y、z三方向振动位移，krn2(t)、krnl(t)分别为基面内振动作用下刀具左、右刃瞬态工作主偏角，μnr(t)、μnl(t)分别为刀具左、右刃受振动作用影响下的瞬态偏摆角度，Ln为刀具悬深量；建立振动作用下背平面内刀具瞬态标注前角几何模型，D为刀尖到工件轴线距离的2倍，为振动作用下背平面内刀尖瞬态偏转角度，具体如下式所示：依据振动作用下背平面内刀具瞬态标注前角几何模型，解算出背平面内振动作用下刀具左、右刃瞬态标注前角γnrp(t)、γnlp(t)如下式所示：γnlp(t)=π2-arctanynlt(t)D/2-xnlt(t)+2arctanynlt(t)xnlt(t)-arctan[tanγnl0·coskrn1+tanλsnl·sinkrn1]γnrp(t)=π2-arctanynrt(t)D/2-xnrt(t)+2arctanynrt(t)xnrt(t)-arctan[tanγnr0·coskrn2+tanλsnr·sinkrn2]]]>将振动作用下背平面内刀具左、右刃瞬态标注前角γlp(t)、γrp(t)转换为正交平面内的刀具左、右刃瞬态标注前角γnr0(t)、γnl0(t)如下式所示：γnl0(t)=arctan[tanγnlp(t)-tanλsnl(t)·sinkrn1(t)coskrn1(t)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
车削梯形内螺纹瞬态切削力模型的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、对大螺距螺纹车削过程分析，建立振动作用下刀尖实际切削运动轨迹数学模型；步骤二、依据车削大螺距螺纹刀‑工接触关系，建立振动作用下刀具左、右刃瞬态切削姿态模型；步骤三、依据振动作用下刀尖切削运动轨迹模型及刀具左、右刃切削姿态模型，建立振动作用下刀具左、右刃瞬态切削层参数模型，并最终建立车削大螺距梯形内螺纹刀具左、右刃瞬态切削力模型。

【技术特征摘要】
1.车削梯形内螺纹瞬态切削力模型的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、对大螺距螺纹车削过程分析，建立振动作用下刀尖实际切削运动轨迹数学模
型；
步骤二、依据车削大螺距螺纹刀-工接触关系，建立振动作用下刀具左、右刃瞬态切削
姿态模型；
步骤三、依据振动作用下刀尖切削运动轨迹模型及刀具左、右刃切削姿态模型，建立振
动作用下刀具左、右刃瞬态切削层参数模型，并最终建立车削大螺距梯形内螺纹刀具左、右
刃瞬态切削力模型。
2.根据权利要求1所述车削梯形内螺纹瞬态切削力模型的构建方法，其特征在于：所述
振动作用下刀尖实际切削运动轨迹数学模型为：
式中，Xn(t)、Yn(t)、Zn(t)分别为刀具在机床坐标系下的x、y、z三方向的空间位置点，Pn为螺距，rn为刀尖与工件主轴理论垂直距离，rn＝60mm，zMn为刀具起刀点在机床坐标系下z
向坐标值，t为加工时间。
3.根据权利要求1所述车削梯形内螺纹瞬态切削力模型的构建方法，其特征在于：步骤
二所述依据车削大螺距螺纹刀-工接触关系，建立振动作用下刀具左、右刃瞬态切削姿态模
型的方法包括：
根据依据车削大螺距螺纹刀-工接触关系建立刀具左、右刃工作角度的几何模型；
依据所述刀具左、右刃工作角度的几何模型，在振动作用下，得到刀具左刃工作前角
γnr、右刃工作前角γnl、刀具左刃工作后角αnr和右刃工作后角αnl的随时间变化的瞬态工作
角度；
建立振动作用下刀具左、右刃瞬态工作主偏角和工作刃倾角几何模型，依据刀具左、右
刃瞬态工作主偏角与刃倾角，解算出振动作用下刀具左、右刃工作主偏角的瞬态变动量Wnr(t)和Wnl(t)、刀具左、右刃瞬态工作主偏角krn2(t)和krn1(t)、刀具左、右刃瞬态工作刃倾角
λsnr(t)和λsnl(t)。
建立振动作用下背平面内刀具瞬态标注前角几何模型，D为刀尖到工件轴线距离的2
倍，为振动作用下背平面内刀尖瞬态偏转角度，具体如下式所示：
依据振动作用下背平面内刀具瞬态标注前角几何模型，解算出背平面内振动作用下刀
具左、右刃瞬态标注前角γnrp(t)、γnlp(t)；
将振动作用下背平面内刀具左、右刃瞬态标注前角γlp(t)、γrp(t)转换为正交平面内
的刀具左、右刃瞬态标注前角γnr0(t)、γnl0(t)。
4.根据权利要求3所述车削梯形内螺纹瞬态切削力模型的构建方法，其特征在于：所述
刀具左刃工作前角γnr、右刃工作前角γnl、刀具左刃工作后角αnr和右刃工作后角αnl随时间
变化的瞬态工作角度，分别为γnl(t)、γnr(t)、αnl(t)和αnr(t)，所述刀具瞬态工作前角、后
角分别下式所示：
γnr0(t)、αnr0(t)分别为正交平面内刀具左刃瞬态标注前角、标注后角，γnl0(t)、αnl0(t)分别为正交平面内刀具右刃瞬态标注前角、标注后角，θ为螺旋升角。
5.根据权利要求3所述车削梯形内螺纹瞬...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彬，孙彬，李哲，张为，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23