CN110625437A - 一种铣削过程中刀具偏心参数标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铣削过程中刀具偏心参数标定方法，属于铣削加工的技术领域，该标定方法包括以下步骤：(1)设定铣削试验的切削参数；(2)按设定的切削参数进行一次铣削试验，将采集铣削过程中笛卡尔坐标系下的铣削力转换到局部坐标系下的铣削力；(3)计算每个刀齿对应的切削厚度偏差，并通过理论推导得到每个刀齿的实际旋转半径；(4)建立切削厚度偏差与刀齿的实际旋转半径之间的关系式，并求解得到刀具偏心参数，以达到仅仅通过一次铣削试验，即可标定出刀具偏心参数的目的，且具有操作简单、标定效率高以及准确性高的特点。
Description
技术领域
本发明属于铣削加工的技术领域，具体而言，涉及一种铣削过程中刀具偏心参数标定方法。
背景技术
数控铣削加工是数控加工中最为常见的加工方法之一，广泛应用于机械设备制造、模具加工等领域，其以普通铣削加工为基础，同时结合数控机床的特点，不但能完成普通铣削加工的全部内容，而且还能完成普通铣削加工难以进行，设置无法进行的加工工序。数控铣削加工设备主要有数控铣床和加工中心，可以对零件进行平面轮廓铣削、曲面轮廓铣削加工，还可以进行钻、扩、绞、镗、惚加工及螺纹加工等
数控铣削加工特别适用于航空、汽车、模具等机械加工领域，对铣削加工中的铣削力、表面形貌、加工动力学仿真与分析是研究热点。
在数控铣削加工过程中，由于装夹等原因，在铣削加工中往往出现铣刀几何中心与主轴回转中心不重合的情况，称为刀具偏心；刀具偏心参数主要包括两个参数：1、刀具偏心距离ρ，其指主轴回转中心与刀具几何中心的偏移距离；2、刀具偏心角度λ，其指刀具偏离的方向与相邻最近刀齿之间的夹角。
在铣削加工研究中，刀具偏心是影响模型准确性的关键量，准确标定铣削过程中的刀具偏心参数显得至关重要。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种铣削过程中刀具偏心参数标定方法以达到仅仅通过一次铣削试验，即可标定出刀具偏心参数的目的，且具有操作简单、标定效率高以及准确性高的特点。
本发明所采用的技术方案为：一种铣削过程中刀具偏心参数标定方法，该标定方法包括以下步骤：
(1)设定铣削试验的切削参数；
(2)按设定的切削参数进行一次铣削试验，将采集铣削过程中笛卡尔坐标系下的铣削力转换到局部坐标系下的铣削力；
(3)计算每个刀齿对应的切削厚度偏差，并通过理论推导得到每个刀齿的实际旋转半径；
(4)建立切削厚度偏差与刀齿实际旋转半径的关系式，并求解得到刀具偏心参数。
进一步地，在所述步骤(1)中确定立铣刀的半径R和刀齿数N，N>2；设定铣削试验的切削参数：单齿进给量f、轴向切削深度Rz和径向切削深度Rr。
进一步地，在步骤(2)中，测得笛卡尔坐标系下X、Y、Z方向的铣削力FX(φi)、FY(φi)、FZ(φi)，并将其转换到局部坐标系下的切向、径向和轴向铣削力FT(φi)、FR(φi)、FA(φi)，其采用如下公式：
其中，φi表示对应第i(i＝1,2,…,N)个刀齿切削周期内采样点的相角，θ(φi)为与φi对应的刀具切削角度。
进一步地，所述步骤(2)中在铣削试验时，要求工件的被加工面与立铣刀的轴线相垂直。
进一步地，所述步骤(2)中在铣削试验时，通过测力仪实时记录铣削试验过程中的铣削力信号，以测得笛卡尔坐标系下X、Y、Z方向的铣削力FX(φi)、FY(φi)、FZ(φi)。
进一步地，在所述步骤(3)中，求取第i个刀齿的实际旋转半径Rireal：
进一步地，在所述步骤(3)中，计算每个刀齿对应的切削厚度偏差方法如下：获取第i个刀齿对应的最大切向铣削力值Fimax，根据各个最大切向铣削力值Fimax求得平均值Fm，求取第i个刀齿对应的切削厚度偏差Δhi：
其中，Kt是切向切削力系数。
进一步地，所述步骤(4)中建立关系式求解该关系式，以获取刀具偏心参数中：刀具偏心距离ρ和刀具偏心角度λ的值。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所提供的铣削过程中刀具偏心参数标定方法，在进行铣削试验过程中，将采集铣削过程中笛卡尔坐标系下的铣削力转换到局部坐标系下，然后通过理论推导得到每个刀齿的实际旋转半径，最后建立切削厚度偏差与刀齿实际旋转半径的关系式，通过求解得到刀具偏心参数，在整个标定过程中仅需进行一次铣削试验，通过求解二元方程组便可得到刀具偏心参数：刀具偏心距离ρ和刀具偏心角度λ，整个标定过程中铣削试验操作简单，由于仅需一次铣削试验，其降低了整个试验成本。
附图说明
图1是本发明提供的铣削过程中刀具偏心参数标定方法中刀具偏心的示意图；
附图中标注如下：
1-第一刀齿，2-第二刀齿，3-第三刀齿。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
实施例1
在本实施例中具体提供了一种铣削过程中刀具偏心参数标定方法，该标定方法包括以下步骤：
(1)设定铣削试验的切削参数，具体如下：确定立铣刀的半径R和刀齿数N，N>2；设定铣削试验的切削参数：单齿进给量f、轴向切削深度Rz和径向切削深度Rr，其中，R＝8mm；N＝3；f＝0.1mm/齿；Rz＝1mm；Rr＝2mm，如图1所示，在本实施例中所选取的立铣刀具有3个刀齿，分别为第一刀齿1，第二刀齿2以及第三刀齿3；
(2)按上述步骤中所设定的切削参数进行一次铣削试验，在铣削试验时，要求工件的被加工面与立铣刀的轴线相垂直，通过测力仪实时记录铣削试验过程中的铣削力信号，例如，采用三向压电石英测力仪进行测量以获取铣削力信号，对铣削力信号进行优化处理，实现将采集铣削过程中笛卡尔坐标系下的铣削力转换到局部坐标系下的铣削力；测得笛卡尔坐标系下X、Y、Z方向的铣削力FX(φi)、FY(φi)、FZ(φi)，并将其转换到局部坐标系下的切向、径向和轴向铣削力FT(φi)、FR(φi)、FA(φi)，其采用如下公式：
其中，φi表示对应第i(i＝1,2,…,N)个刀齿切削周期内采样点的相角，θ(φi)则表示为与φi对应的刀具切削角度。
(3)计算每个刀齿对应的切削厚度偏差，并通过理论推导得到每个刀齿的实际旋转半径；其中，计算每个刀齿对应的切削厚度偏差方法如下：
获取第i个刀齿对应的最大切向铣削力值Fimax，根据各个最大切向铣削力值Fimax求得平均值Fm，求取平均值Fm的公式如下：
求取第i个刀齿对应的切削厚度偏差Δhi，即分别求得Δh1、Δh2，其公式如下：
其中，Kt是切向切削力系数，本次试验Kt＝1023.3N/mm2；
求取第i个刀齿的实际旋转半径Rireal，即分别获取R1real、R2real、R3real，公式如下：
(4)建立切削厚度偏差与刀齿实际旋转半径的关系式，并求解得到刀具偏心参数，建立关系式为：求解该关系式，以获取刀具偏心参数中：刀具偏心距离ρ和刀具偏心角度λ的值，本次铣削试验的刀具偏心参数为：ρ＝0.021mm，λ＝30.68°。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种铣削过程中刀具偏心参数标定方法，其特征在于，该标定方法包括以下步骤：
(1)设定铣削试验的切削参数；
(2)按设定的切削参数进行一次铣削试验，将采集铣削过程中笛卡尔坐标系下的铣削力转换到局部坐标系下的铣削力；
(3)计算每个刀齿对应的切削厚度偏差，并通过理论推导得到每个刀齿的实际旋转半径；
(4)建立切削厚度偏差与刀齿的实际旋转半径之间的关系式，并求解得到刀具偏心参数。
2.根据权利要求1所述的铣削过程中刀具偏心参数标定方法，其特征在于，在所述步骤(1)中确定立铣刀的半径R和刀齿数N，N>2；设定铣削试验的切削参数：单齿进给量f、轴向切削深度Rz和径向切削深度Rr。
3.根据权利要求1所述的铣削过程中刀具偏心参数标定方法，其特征在于，在步骤(2)中，测得笛卡尔坐标系下X、Y、Z方向的铣削力FX(φi)、FY(φi)、FZ(φi)，并将其转换到局部坐标系下的切向、径向和轴向铣削力FT(φi)、FR(φi)、FA(φi)，其采用如下公式：
其中，φi表示对应第i(i＝1,2,…,N)个刀齿切削周期内采样点的相角，θ(φi)为与φi对应的刀具切削角度。
4.根据权利要求3所述的铣削过程中刀具偏心参数标定方法，其特征在于，所述步骤(2)中在铣削试验时，要求工件的被加工面与立铣刀的轴线相垂直。
5.根据权利要求3所述的铣削过程中刀具偏心参数标定方法，其特征在于，所述步骤(2)中在铣削试验时，通过测力仪实时记录铣削试验过程中的铣削力信号，以测得笛卡尔坐标系下X、Y、Z方向的铣削力FX(φi)、FY(φi)、FZ(φi)。
6.根据权利要求1所述的铣削过程中刀具偏心参数标定方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，求取第i个刀齿的实际旋转半径Rireal：
7.根据权利要求6所述的铣削过程中刀具偏心参数标定方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，计算每个刀齿对应的切削厚度偏差方法如下：获取第i个刀齿对应的最大切向铣削力值Fimax，根据各个最大切向铣削力值Fimax求得平均值Fm，求取第i个刀齿对应的切削厚度偏差Δhi：
其中，Kt是切向切削力系数。
8.根据权利要求7所述的铣削过程中刀具偏心参数标定方法，其特征在于，所述步骤(4)中建立关系式求解该关系式，以获取刀具偏心参数中：刀具偏心距离ρ和刀具偏心角度λ的值。
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