凸曲面拼接模具球头铣刀的瞬时铣削力预测

发布时间：2020-12-16 16:33

　　在曲面模具拼接区域球头铣刀铣削过程中,刀具载荷变化大,瞬态铣削力有突变现象,影响模具拼接区域的加工精度和表面质量。为了预测拼接区域球头铣刀的瞬态铣削力,首先,建立考虑冲击振动的球头铣刀三维次摆线轨迹方程,得到瞬时未变形切屑厚度模型;然后,基于铣削微元的思想,建立凸曲面双硬度拼接模具球头铣刀的瞬态铣削力模型,该模型能够综合考虑拼接区冲击振动、硬度变化、刀具工件切触角度变化对瞬态铣削力的影响;最后,进行凸曲面拼接区域球头铣刀铣削加工实验。实验结果表明,预报的瞬态铣削力和实验测量结果在幅值上和变化趋势上具有一致性,在平稳切削时最大铣削力预测误差值基本在15%以内,验证了该模型能有效地预报凸曲面模具拼接区域球头铣刀的瞬态铣削力。 

【文章来源】：振动.测试与诊断. 2020年05期 北大核心

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

图２凸曲面模具试件及仿真位置点Ｆｉｇ．２Ｃｏｎｖｅｘｓｕｒｆａｃｅｍｏｕｌｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎ

ＵＧ仿真结果Ｔａｂ．２ＬｅａｄａｎｇｌｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｏｆＵＧ位置编号切屑位置前倾角／（°）切屑体积／ｍｍ３１Ｐ〗１５．８４７４０．０２３１２２２Ｐ〗１３．３４５６０．０１７４４９３Ｐ〗６．２８４８０．０１８４１６４Ｐ〗－６．３３４００．０１８３５２５Ｐ〗－１２．６４１６０．０１７７１８６Ｐ〗－１５．４５３４０．０２２７５３６个刀位点上的刀工接触区的时空特性仿真结果如图３所示，ｘ轴为瞬时切削位置角，用来揭示刀工接触区的时间特征，ｙ轴为切削层面积，用来揭示刀工接触区的空间特征［１６］。从图３中可以看出，从刀位点１～３的切削层面积逐渐减小，从刀位点４～６的切削层面积逐渐增加；在刀位点３和４、刀具前倾角为±６°左右时，此时切削层面积最大，切削力最大。凸曲面模具试件顶图３不同刀位点的单齿刀工接触区时空特性Ｆｉｇ．３Ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｔｏｏｔｈｃｕｔｔｅｒｃｏｎｔａｃｔｚｏｎｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｏｏｌｐｏｓｉｔｉｏｎｓ端刀位点的切削力最大，试件上坡位置点和下坡位置点的切削层面积呈现不对称减小趋势，上坡位置点的切削力明显小于下坡位置点的切削力。同时，从如图３中可以看出，模具试件拼接区域的冲击振动也引起不同刀齿的切削层面积不同，即第ｊ齿的切削层面积增加的量和第ｊ－１齿的切削层面积减小的量相等；考虑冲击振动的两个刀齿的切削层面积最大值的和不考

ｄθｊｚｉ（２０）瞬时切削层面积为ＡＤ（ｊ，?）＝∫θｕｐθｌｏｗ（Ｒｉ＋Ｌｉｓｉｎ（ωｔ＋（ｊ－１）π＋δ?０）－Ｒ２ｉ－Ｌ２ｉｃｏｓ２（ωｔ＋（ｊ－１）π＋δ?０槡））Ｒｓｉｎθｊｚｉｄθｊｚｉ（２１）基于文献［１８］的方法，测得不同硬度模具试件的铣削力系数。球头铣刀铣削凸曲面时刀具前倾角不断变化，不同刀具前倾角下的铣削力系数如图４、图５所示。图４在４５ＨＲＣ硬度条件下刀具前倾角对铣削力系数的影响Ｆｉｇ．４Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｏｏｌｌｅａｄａｎｇｌｅｏｎｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｃｏｅｆｆｉ－ｃｉｅｎｔｓｕｎｄｅｒ４５ＨＲＣｈａｒｄｎｅｓｓ图５在６０ＨＲＣ硬度条件下刀具前倾角对铣削力系数的影响Ｆｉｇ．５Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｏｏｌｌｅａｄａｎｇｌｅｏｎｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｃｏｅｆｆｉ－ｃｉｅｎｔｓｕｎｄｅｒ６０ＨＲＣｈａｒｄｎｅｓｓ４凸曲面拼接区球头铣刀瞬时铣削力实验加工设备为ＶＤＬ－１０００Ｅ型三轴立式铣床，刀具为二刃整体硬质合金球头立铣刀；实验样件为不同硬度的凸曲面拼接模具试件，样件材料为Ｃｒ１２ＭｏＶ模具钢，样件尺寸为２００ｍｍ×２００ｍｍ×６０ｍｍ，样件分为不同硬度的３个部分，通过螺栓连接成整体，每部分硬度分别为ＨＲＣ５２，ＨＲＣ５８，ＨＲＣ４５。瞬时铣削力数据采集系统由Ｋｉｓｔｌｅｒ９２５７Ｂ型测力仪、Ｋｉｓｔｌｅｒ５００７型电荷放大器型号、东华ＤＨ５９２２信号采集系统等组成，实验样

【参考文献】：
期刊论文
[1]拼接模具过缝区域切削力建模与表面质量[J]. 刘献礼,高海宁,岳彩旭,姜男.  振动.测试与诊断. 2018(03)
[2]覆盖件模具曲面曲率特征对球头刀铣削力的影响[J]. 吴石,杨琳,刘献礼,郑敏利,李荣义,王广越.  机械工程学报. 2017(13)

博士论文
[1]球头铣刀铣削淬硬钢模具铣削力及模具加工误差研究[D]. 杨琳.哈尔滨理工大学 2017



本文编号：2920448