一种考虑金属死区与材料回弹的微铣削过程阻尼建模方法技术

本发明专利技术提供了一种考虑金属死区与材料回弹的微铣削过程阻尼建模方法。该方法首先通过金属死区形貌预测方法，计算出金属死区各顶点与边界位置；然后采用有限元方法标定出刀具后刀面接触材料的回弹高度；接着将金属死区形貌与后刀面回弹量整合，建立了考虑金属死区与材料回弹的静态侵入面积模型；最后基于所建立的静态侵入面积模型，构建出考虑金属死区与材料回弹的动态侵入面积模型并带入动力学公式，得到考虑金属死区与材料回弹的过程阻尼模型。本发明专利技术实现了对微铣削下过程阻尼的建模，从而更具有对微铣削下稳定性预测的普遍性和通用性。具有对微铣削下稳定性预测的普遍性和通用性。具有对微铣削下稳定性预测的普遍性和通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑金属死区与材料回弹的微铣削过程阻尼建模方法


[0001]本专利技术涉及一种微铣削过程阻尼建模方法，特别涉及一种考虑金属死区与材料回弹的方法。

技术介绍

[0002]文献1“M.Wan,J.Feng,Y.C.Ma,W.H.Zhang,Identification of milling process damping using operational modal analysis,International Journal of Machine Tools and Manufacture 122(2017)120
–
131.”公开了一种基于常规铣削的过程阻尼建模方法。该方法认为材料发生完全的回弹，沿刀尖钝圆上的材料分离点将侵入面积分为静态与动态侵入面积，建立过程阻尼模型。但该方法未考虑刀尖钝圆前方存在的金属死区与材料受挤压后的塑性变形，使得该方法所构建侵入面积模型计算结果偏大，无法适用于微铣削过程。
[0003]文献2“M.Malekian,S.S.Park,M.B.G.Jun,Modeling of dynamic micro
‑
milling cutting forces,International Journal of Machine Tools and Manufacture 49(2009)586
–
598.”公开了一种考虑后刀面弹塑性变形的静态侵入面积建模方法。该方法通过压痕实验测定了后刀面接触材料考虑塑性变形后的回弹量。但该方法仍简化了刀尖钝圆前方材料分离情况，且未构建适用于过程阻尼的动态侵入面积模型，使得该方法难以应用到微铣削过程。
[0004]以上文献的典型特点是：建立的都是未考虑金属死区的侵入面积模型，且对后刀面接触材料回弹对静、动态侵入面积影响考虑不足，从而对于微铣削过程阻尼建模效果不佳。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]为了克服现有的针对微铣削过程阻尼建模效果不佳的问题，本专利技术提供了一种考虑金属死区与材料回弹的微铣削过程阻尼建模方法。
[0007]技术方案
[0008]一种考虑金属死区与材料回弹的微铣削过程阻尼建模方法，其特征在于将金属死区与材料回弹引入过程阻尼模型中侵入体积部分，其过程包括以下步骤：
[0009]步骤1：分别计算出金属死区顶点A、B、C与刀尖钝圆下顶点的垂直距离a、b、c：
[0010][0011][0012]c＝r
‑
r cos(90
°
+χ)
[0013]其中，r为刀尖钝圆半径，χ为C点处刀具前角，θ为等效前角，l为前刀面与切屑接触
长度，τ为刀具前角，为点B与刀尖钝圆圆心O的连线，w为未变形切屑厚度，h
lim
为最小未变形切屑厚度，∠BOC与∠COP为点B、O、C的夹角以及点C、O与刀尖钝圆下顶点P的夹角；
[0014]步骤2：计算出点B、C之间的长度
[0015][0016]步骤3：标定出材料与后刀面的接触点E与点P的垂直距离即回弹高度h；
[0017]步骤4：将步骤1、2、3中所得结果整合，得到静态侵入面积模型S，将其划分为4个部分H，I，J，K；
[0018]S＝H+I+J+K
[0019][0020][0021][0022][0023]其中，γ,ε,η,λ,ξ,为静态侵入面积系数：
[0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031]其中，α、ψ、ω、β分别为∠COP、与水平方向夹角、与水平方向夹角和刀具后角，其值由步骤1中金属死区顶点A、B、C与刀尖钝圆下顶点的垂直距离a、b、c推导得出；
[0032]步骤5：考虑未变形切屑厚度小于c的情况，构建相应的静态面积模型：
[0033]S＝I+J+K
[0034]步骤6：考虑材料与后刀面接触点E低于刀尖钝圆与后刀面相切点T的情况，构建相应的静态面积模型：
[0035][0036][0037]步骤7：求解出刀具产生振动驶向材料阶段时材料沿后刀面的流动速度V：
[0038][0039]其中，为刀具振动速度；
[0040]步骤8：根据步骤4、5、6所得出的静态侵入面积模型，可求出线段长度，结合切削线速度v，求解出材料沿后刀面流动时间t：
[0041][0042]步骤9：根据步骤7、8，计算得出刀具产生振动时，材料沿后刀面流动距离
[0043][0044]步骤10：将步骤7、8、9结果整合，构建出动态侵入面积U模型：
[0045][0046]步骤11：将步骤10结果带入动力学公式，得到适用于微铣削的动力学公式：
[0047][0048]u(t)＝[x(t),y(t)]T
[0049][0050][0051][0052]其中，M为质量矩阵，C为阻尼矩阵，K为刚度矩阵，T为时滞周期，K
ts
为切向剪切力系数，K
rs
为径向剪切力系数，K
tp
为切向犁切力系数，K
rp
为径向犁切力系数，其中，脚标t与r分别代表切向与径向，角标s与p分别代表剪切力与犁切力，φ
i,j
(t)为第i个刀齿上第j个轴向单元位置角，z
i,j
为第i个刀齿上第j个轴向单元，g(φ
i,j
(t))为判断第i个刀齿上第j个轴向单元是否处于切削过程的窗口函数，x(t)、y(t)分别为t时刻x和y方向上的位移。
[0053]有益效果
[0054]本专利技术提出的一种考虑金属死区与材料回弹的微铣削过程阻尼建模方法，该方法首先通过金属死区形貌预测方法，计算出金属死区各顶点与边界位置；然后采用有限元方法标定出刀具后刀面接触材料的回弹高度；接着将金属死区形貌与后刀面回弹量整合，建
立了考虑金属死区与材料回弹的静态侵入面积模型；最后基于所建立的静态侵入面积模型，构建出考虑金属死区与材料回弹的动态侵入面积模型并带入动力学公式，得到考虑金属死区与材料回弹的过程阻尼模型。本专利技术实现了对微铣削下过程阻尼的建模，从而更具有对微铣削下稳定性预测的普遍性和通用性。
附图说明
[0055]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0056]图1是本专利技术方法实施例中静态侵入面积模型图。
[0057]图2是本专利技术方法实施例中动态侵入面积模型图。
[0058]图3是本专利技术方法实施例中实验结果与无阻尼，常规铣削方法稳定性预测叶瓣图曲线与本专利技术方法稳定性预测叶瓣图曲线结果对比图。
具体实施方式
[0059]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑金属死区与材料回弹的微铣削过程阻尼建模方法，其特征在于将金属死区与材料回弹引入过程阻尼模型中侵入体积部分，其过程包括以下步骤：步骤1：分别计算出金属死区顶点A、B、C与刀尖钝圆下顶点的垂直距离a、b、c：步骤1：分别计算出金属死区顶点A、B、C与刀尖钝圆下顶点的垂直距离a、b、c：c＝r
‑
r cos(90
°
+χ)其中，r为刀尖钝圆半径，χ为C点处刀具前角，θ为等效前角，l为前刀面与切屑接触长度，τ为刀具前角，为点B与刀尖钝圆圆心O的连线，w为未变形切屑厚度，h
lim
为最小未变形切屑厚度，∠BOC与∠COP为点B、O、C的夹角以及点C、O与刀尖钝圆下顶点P的夹角；步骤2：计算出点B、C之间的长度步骤2：计算出点B、C之间的长度步骤3：标定出材料与后刀面的接触点E与点P的垂直距离即回弹高度h；步骤4：将步骤1、2、3中所得结果整合，得到静态侵入面积模型S，将其划分为4个部分H，I，J，K；S＝H+I+J+KS＝H+I+J+KS＝H+I+J+KS＝H+I+J+K其中，γ,ε,η,λ,ξ,为静态侵入面积系数：为静态侵入面积系数：为静态侵入面积系数：为静态侵入面积系数：为静态侵入面积系数：为静态侵入面积系数：
其中，α、ψ、ω、β分别为∠COP、与水平方向夹角、与水平方向夹角和刀具后角，其值由步骤1中金属死区顶点A、B、C与刀尖钝圆下顶点的垂直距离a、b、c推导得出；步骤5：考虑未变形切屑厚度小于c的情况，构建相应的静态面积模型：S＝I+J+K步骤6：考虑材料与后刀面接触点E低于刀尖钝圆与后刀面相切点T的情况，构建相应的静态面积模型：静态面积模型：步骤7：求解出刀具产生振动驶向材料阶段时材料沿后刀面的流动速度V：其中，为刀...

【专利技术属性】
技术研发人员：万敏，李言，张卫红，杨昀，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：