高效铣削刀齿后刀面接触刚度及磨损分布状态识别方法技术

本发明专利技术公开了一种高效铣削刀齿后刀面接触刚度及磨损分布状态识别方法，包括如下步骤：S1：针对切削振动影响下的刀齿后刀面接触刚度和累积磨损深度，构建高进给铣刀与刀齿的几何结构模型，提出刀齿后刀面特征点的选取方法；S2：分析刀齿后刀面与工件的瞬时接触区域，对刀齿后刀面的瞬时接触刚度的分布进行研究；S3：分析不同切削行程下刀齿后刀面磨损深度的变化过程，以色阶图的方式将变化过程进行体现。本发明专利技术考虑了高进给铣刀与铣刀刀齿的结构，并提出了铣刀刀齿后刀面特征点的选取方法，对切削过程中刀齿与工件的接触区域进行针对性分析。解决了已有方法忽略不同铣刀与刀齿结构对瞬时接触刚度与磨损深度的影响问题。结构对瞬时接触刚度与磨损深度的影响问题。结构对瞬时接触刚度与磨损深度的影响问题。

【技术实现步骤摘要】
高效铣削刀齿后刀面接触刚度及磨损分布状态识别方法


[0001]本专利技术属于铣削刀切削
，具体涉及一种高效铣削刀齿后刀面接触刚度及磨损分布状态识别方法。

技术介绍

[0002]切削过程中的刀齿与工件表面不可能完全光滑平整。刀齿后刀面与工件加工过渡表面的接触问题的本质是两个不同粗糙度的粗糙表面之间的接触问题。瞬时接触刚度是铣削过程中非线性动力分析中的一个重要参数，它对刀齿后刀面的磨损程度有很大影响，可能会导致不必要的振动，并有刀齿后刀面磨损破坏失效的风险。因此，需要对刀齿后刀面与加工过渡表面接触界面处的瞬时接触刚度分布进行表征，以方便后续的分析。
[0003]高效铣刀在切削过程中产生的摩擦直接影响刀具磨损，这种现象在加工过程中不可避免且受多种因素影响。随着技术要求提高，更多的结构复杂且难加工的复合材料被使用在航空工业，这些复合材料有着良好的耐热、抗氧化特性。在其机械加工过程中，工件损耗快，使用寿命短。铣刀刀齿磨损会影响铣刀使用寿命，限制了高效切削技术的进一步发展和应用，因此有必要对高效铣刀刀齿后刀面的磨损深度分布进行深入的研究。
[0004]进行高进给铣刀切削钛合金工件实验，同时进行相应工艺条件下的高进给铣削有限元仿真。根据实验选定刀齿磨损区域，选取刀齿后刀面上特征点，对特定位置的瞬时接触刚度进行定量分析。对铣刀加工工件时的瞬时接触状态进行表征，采用微元法表征刀齿后刀面瞬时接触刚度的分布状态，分析切削过程中瞬时接触刚度的分布特性。分析在振动影响下后刀面瞬时接触刚度的演变特性。
[0005]为研究循环切削载荷作用下的刀工摩擦副界面瞬时接触刚度对磨损的影响，表征刀齿后刀面瞬时磨损增量的分布状态，研究切削过程中刀齿磨损深度分布的变化。对整个切削过程中刀齿后刀面累积磨损深度的变化进行表征，研究刀齿后刀面的累积磨损演变过程。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高效铣削刀齿后刀面接触刚度及磨损分布状态识别方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高效铣削刀齿后刀面接触刚度及磨损分布状态识别方法，包括如下步骤：
[0008]S1：针对切削振动影响下的刀齿后刀面接触刚度和累积磨损深度，构建高进给铣刀与刀齿的几何结构模型，提出刀齿后刀面特征点的选取方法；
[0009]铣刀刀齿后刀面特征点选取方法：
[0010]在高效铣削过程中，受到不同的切削参数、铣刀结构、刀齿结构、工件与刀齿的材料等影响，刀齿后刀面会产生不同的磨损区域；在磨损区域内，不同位置的瞬时接触刚度、摩擦力和磨损深度变量会随时间发生变化，为便于对铣刀刀齿后刀面磨损深度变量的研
究，在刀齿后刀面上磨损区域内不同位置进行特征点选取，首先需要确定铣刀与刀齿的结构；
[0011]确定高进给铣刀结构与刀齿结构后，需要对刀齿后刀面的结构进行分析；
[0012]在切削过程中，刀齿后刀面并非所有区域参与切削；在高效切削过程中，后刀面磨损的主要区域集中在切削刃附近，因此，切削刃位置是研究刀齿后刀面磨损量的重要区域。
[0013]S2：分析刀齿后刀面与工件的瞬时接触区域，对刀齿后刀面的瞬时接触刚度的分布进行研究；
[0014]瞬时接触刚度分布的表征方法：
[0015]在切削过程中，受铣刀振动、刀具与工件匹配度和刀具与工件的材料属性的影响，工件的表面粗糙度不断发生变化，同时，随着切削行程的增加，铣刀刀齿上的涂层会逐渐脱落并对铣刀产生磨损，进而影响加工质量；
[0016]铣刀的结构与刀齿的结构会影响到切削刃、铣刀刀齿后刀面方程的构建，从而影响到刀
‑
工接触面的接触刚度模型的构建，进而影响后刀面摩擦、磨损面积单元的位姿解算与加工过渡表面结构的建立，铣刀后刀面摩擦与磨损面积单元瞬时切削加工过渡表面状态的动态特性；
[0017]对后刀面范围进行刚度分布的绘制；
[0018]确定后刀面瞬时接触刚度分布区域后，需要确定接触刚度的数值范围；高进给铣刀切削工件的6个周期的刀齿后刀面瞬时接触刚度分布，选取铣刀旋转角为15
°
、30
°
、45
°
、60
°
、75
°
和90
°
的6个瞬时时刻的刚度统计样本；
[0019]其中瞬时接触刚度最大值为9.59
×
108MPa/mm，因此做接触刚度大小范围为10
‑
10
×
108MPa/mm的标尺，以不同颜色区分不同数值大小的接触刚度。
[0020]S3：分析不同切削行程下刀齿后刀面磨损深度的变化过程，以色阶图的方式将变化过程进行体现。
[0021]磨损深度分布状态的表征方法：
[0022]为研究高进给铣刀刀齿后刀面上的磨损深度的变化，需要对后刀面上的瞬时磨损深度进行分析；
[0023]选取30个特征点进行研究，在切削行程为0.5m过程中，选取16个等时间间隔的时间节点进行磨损深度统计；
[0024]将累积磨损深度统计后，以不同颜色区分不同大小的磨损深度，做刀齿后刀面磨损深度的色阶图；
[0025]留下颜色进行磨损深度的数值大小区分，做出磨损深度的标尺；
[0026]选取0.5m切削行程结束时的30个特征点磨损深度和磨损速率进行绘制；
[0027]最后绘制切削行程L
g
为0.125m、0.25m、0.375m和0.5m时的后刀面磨损深度分布图。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种高效铣削刀齿后刀面接触刚度及磨损分布状态识别方法，本专利技术考虑了高进给铣刀与铣刀刀齿的结构，并提出了铣刀刀齿后刀面特征点的选取方法，对切削过程中刀齿与工件的接触区域进行针对性分析。解决了已有方法忽略不同铣刀与刀齿结构对瞬时接触刚度与磨损深度的影响问题。
[0029]分析特定位置的瞬时接触刚度，对同一切削内的铣刀加工工件时的瞬时接触状态
进行表征，分析出切削过程中瞬时接触刚度的分布变化。对刀齿后刀面与加工过渡表面的瞬时接触刚度随刀齿旋转角的变化进行分析。解决了已有方法忽略了切削过程中同一周期内的瞬时接触刚度变化问题，能够更加直观的查看与分析瞬时接触刚度的分布。
[0030]表征后刀面累积磨损深度在切削过程中的变化，研究刀齿后刀面的累积磨损演变过程。对所选取特征点的磨损深度进行色阶图绘制，能够更加直观的查看与分析刀齿后刀面累积磨损深度的变化过程与分布规律。
附图说明
[0031]图1为本专利技术高进给铣刀坐标系示意图；
[0032]图2为本专利技术刀齿坐标系示意图；
[0033]图3为本专利技术刀齿后刀面投影的几何模型示意图；
[0034]图4为本专利技术截取后的刀齿后刀面投影示意图；
[0035]图5为本专利技术后刀面上切削刃特征点选取位置示意图；
[0036]图6为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效铣削刀齿后刀面接触刚度及磨损分布状态识别方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：针对切削振动影响下的刀齿后刀面接触刚度和累积磨损深度，构建高进给铣刀与刀齿的几何结构模型，提出刀齿后刀面特征点的选取方法；S2：分析刀齿后刀面与工件的瞬时接触区域，对刀齿后刀面的瞬时接触刚度的分布进行研究；S3：分析不同切削行程下刀齿后刀面磨损深度的变化过程，以色阶图的方式将变化过程进行体现。2.根据权利要求1所述的一种高效铣削刀齿后刀面接触刚度及磨损分布状态识别方法，其特征在于：铣刀刀齿后刀面特征点选取方法：在刀齿后刀面上磨损区域内不同位置进行特征点选取，首先需要确定铣刀与刀齿的结构；确定高进给铣刀结构与刀齿结构后，需要对刀齿后刀面的结构进行分析。3.根据权利要求1所述的一种高效铣削刀齿后刀面接触刚度及磨损分布状态识别方法，其特征在于：瞬时接触刚度分布的表征方法：对后刀面范围进行刚度分布的绘制；确定后刀面瞬时接触刚度分布区域后，需要确定接触刚度的数值范围；高进给铣刀切削工件的6个周期的刀齿后刀面瞬时接触刚度分布，选取铣刀旋转角为15
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵培轶，宋雨峰，姜彬，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：