【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多轴数控铣削仿真及摆线铣削功率建模相关领域，涉及摆线铣削中瞬时切削功率的建模及预测方法。
技术介绍
1、摆线铣削技术可以显著提高切削效率、增强切削稳定性、降低切削温度、延长刀具寿命和降低切削成本，这些优点使得其在航空发动机制造领域，特别是在难加工材料构成狭窄腔体的铣削中，受到了学术界和工业界的广泛关注。摆线铣削中的瞬时切削速率是优化摆线参数和切削参数的重要依据，也是摆线铣削温度建模的关键输入，其对提高切削效率和充分发挥机床和刀具性能具有关键作用。然而，当前在摆线铣削中，缺乏准确、高效计算瞬时切削功率的方法。文献“yoon h s,lee j y,kim m s,et al.empirical power-consumption model for material removal in three-axis milling[j].journal ofcleaner production,2014,78:54-62.”分解了机床三轴铣削中消耗的能量，并基于切削参数和刀具磨损，结合切削实验测量结果，提出了三轴铣削中机床单纯去除材料消耗能量预测的经验公式法。然而，该文献公开的预测方法仅适用于平均或最大切削功率的预测，难以展现铣削过程中瞬时的切削功率变化规律。加之摆线铣削中切削负载变化大，上述文献所述方法难以继续适用。而摆线铣削中的瞬时切削功率是：(1)摆线铣削温度预测模型的重要输入——流入刀具热流密度计算的关键参数；(2)摆线铣削中切削参数、摆线刀轨参数和刀具优选的重要依据；(3)刀具寿命预测的重要依据。因此，有必要提出
技术实现思路
1、为了克服现有切削功率预测方法难以准确预测摆线铣削中瞬时切削功率的不足，本专利技术提出一种摆线铣削中的瞬时切削功率预测方法。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：
3、一种摆线铣削中的瞬时切削功率预测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
4、步骤1：建立铣削中单位切削功sce的计算公式；
5、步骤2：在给定刀具-工件对及切削参数下开展切削实验，标定出不同径向切深aei下的单位切削功scei；
6、步骤2.1去除待切削毛坯表面的氧化层；
7、步骤2.2设计并开展切削实验，获取一次切削的平均材料去除率mrr：
8、mrr＝voli/t
9、其中，t为一次切削实验消耗的时间，voli为一次切削实验中去除的材料体积；
10、步骤2.3获取铣削实验过程中的实时主轴扭矩tc或实时切削力fc；
11、步骤2.4计算当前给定的切削条件下，切削平稳的时间段t∈[t1,t2]内消耗的能量eci(j)：
12、
13、或
14、
15、其中，t1表示起始时间，t2表示结束时间，tc(t)i、fc(t)i和eci分别表示当径向切深ae＝aei时采集得到的瞬时主轴扭矩、沿vc方向的瞬时切削力和消耗的能量；
16、步骤2.5计算当前给定的切削条件下，切削平稳的时间段t∈[t1,t2]内切削金属所消耗的净能量ec0：
17、
18、或
19、
20、步骤2.6结合步骤1建立的铣削中单位切削功sce的计算公式、步骤2.2得到的一次切削的平均材料去除率mrr、步骤2.4中得到的能量eci(j)和步骤2.5得到的能量ec0，换算得到在给定的切削条件及径向切深aei下，标定的单位切削功scei：
21、
22、步骤3：基于步骤2得到的单位切削功scei的标定数据，求解单位切削功scei与径向切深aei间的函数关系；
23、步骤3.1剔除无效的单位切削功标定数据；
24、步骤3.2基于剔除后剩余的单位切削功标定数据，判断单位切削功与径向切深是否存在关联：
25、若单位切削功数据波动浮动在±5％以内，认为单位切削功与径向切深无关，则sce＝sce'，函数关系为
26、否则，认为单位切削功与径向切深有关，则采用b次多项式拟合sce和ae之间的关系，函数关系为
27、步骤4：求解铣削实验中任意瞬时的径向切深，代入步骤3得到的函数关系中，获取摆线铣削中单位切削功随切削时间的变化规律；
28、步骤4.1利用下式求得摆线铣削中任意瞬时的径向切深ae：
29、ae＝(x0-x2)·sinθ-(y0-y2)·cosθ+r
30、其中，(x2,y2)为切入点坐标，由求得；(x0,y0)为刀心点坐标，由求得，θ∈[0,π+arcsin(c/2(r+r))]，θ'∈[0,2π]；
31、步骤4.2将步骤4.1求得的任意瞬时的径向切深ae代入步骤3得到的函数关系中，即可得到摆线铣削中单位切削功随切削时间变换的函数；
32、步骤5：计算实际待预测的摆线铣削中的瞬时材料去除率m(t)；
33、步骤6：用步骤5得到的瞬时材料去除率m(t)乘以步骤4得到的单位切削功随切削时间变换的函数，得到实际待预测的摆线铣削中的瞬时切削功率预测值。
34、进一步地，步骤1中建立的铣削中单位切削功sce的计算公式为：
35、
36、或
37、
38、其中，tc为数控机床的主轴转速，vc为切削速度，fc为沿vc方向的瞬时切削力。
39、进一步地，步骤2.2设计的切削实验中：切削给定工件材料时的轴向切深ap和主轴转速n，由刀具手册的推荐值确定；刀具半径为r，径向切深ae∈[0,2r]；在[0,2r]的范围上每隔设定步长均匀选择m个不同的径向切深分别开展切削实验，每组切削参数重复实验一次，共开展切削实验2m次。
40、进一步地，步骤5中利用下式计算摆线铣削中的瞬时材料去除率m(t)：
41、
42、其中，vc为切削速度；δl为第l个切削层пl的厚度；el,qfl,q为瞬时切厚；w为切削的总层数；q代表一个摆线周期刀具第q次切削工件材料；n为刀具齿数。
43、进一步地，步骤6得到的摆线铣削中的瞬时切削功率预测值为：
44、当认为单位切削功sce与径向切深ae无关时
45、pc(t)＝m(t)×sce′
46、当认为单位切削功sce与径向切深ae有关时
47、pc(t)＝m(t)×sce″
48、其中，pc(t)为瞬时切削功率预测值。
49、进一步地，步骤3.1中若某个单位切削功的标定数据与所有单位切削功标定数据的均值之间的偏差大于10％，则认为该单位切削功为无效标定数据。
50、本专利技术的有益效果是：
51、本专利技术首先分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种摆线铣削中的瞬时切削功率预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述摆线铣削中的瞬时切削功率预测方法，其特征在于：步骤1中建立的铣削中单位切削功SCE的计算公式为：
3.根据权利要求1所述摆线铣削中的瞬时切削功率预测方法，其特征在于：步骤2.2设计的切削实验中：切削给定工件材料时的轴向切深ap和主轴转速n，由刀具手册的推荐值确定；刀具半径为R，径向切深ae∈[0,2R]；在[0,2R]的范围上每隔设定步长均匀选择m个不同的径向切深分别开展切削实验，每组切削参数重复实验一次，共开展切削实验2m次。
4.根据权利要求1所述摆线铣削中的瞬时切削功率预测方法，其特征在于：步骤5中利用下式计算摆线铣削中的瞬时材料去除率M(t)：
5.根据权利要求1所述摆线铣削中的瞬时切削功率预测方法，其特征在于：步骤6得到的摆线铣削中的瞬时切削功率预测值为：
6.根据权利要求1所述摆线铣削中的瞬时切削功率预测方法，其特征在于：步骤3.1中若某个单位切削功的标定数据与所有单位切削功标定数据的均值之间的偏差大于10％，则认为该
...【技术特征摘要】
1.一种摆线铣削中的瞬时切削功率预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述摆线铣削中的瞬时切削功率预测方法，其特征在于：步骤1中建立的铣削中单位切削功sce的计算公式为：
3.根据权利要求1所述摆线铣削中的瞬时切削功率预测方法，其特征在于：步骤2.2设计的切削实验中：切削给定工件材料时的轴向切深ap和主轴转速n，由刀具手册的推荐值确定；刀具半径为r，径向切深ae∈[0,2r]；在[0,2r]的范围上每隔设定步长均匀选择m个不同的径向切深分别开展切削实验，每组切削参...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓奇，刘源，盖京波，洪春生，蹇尧，杜雪娇，王继松，张玉霖，吴迪，常智勇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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