数控铣削力模型分析和实验研究.pdf

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1、2012年4月机床与液压Apr．2012第4O卷第7期MACHINETO0L&HYDRAULICSVo1．40No．7DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．07．019数控铣削力模型分析和实验研究杜景轩，王一江，庞学慧(中北大学机电3-程学院，山西太原030051)摘要：在分析现有数控铣削力模型的基础上，总结了各模型的优缺点。以材料为2A12铝合金的薄壁板为例，在特定切削条件下进行实验研究。利用EXCEL对实验数据进行回归分析，得到铣削力预测公式，为后续有限元分析提供了合理的施加载荷。关键词：铣削力模型；薄壁板；实验研究；回归分析中图分类号：TG5

2、47文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)7—062—3ModelAnalysisandExperimentalResearchforNCMillingForceDUJingxuan，WANGYijiang，PANGXuehui(SchoolofMechatronicEngineering，NoahUniversityofChina，TaiyuanShanxi030051，China)Abstract：BasedOlanalyzingexistingNCmillingforcemodel，advantagesanddisadvantagesofthemodels

3、weresummarized．Taking2A12aluminumalloythin—walledboardasexample，experientialstudywasmadeunderspecialprocessingconditions．Regres—sionanalysisfortheexperimentaldatawasdonebyEXCELandmillingforceforecastingformulasweregotten．Soreasonableloadcanbeprovidedforfiniteelementanalysis．Keywords：Millingf

4、orcemodel；Thin—wallpart；Experientialstudy；Regressionanalysis薄壁类零件广泛应用于航空航天、电子、模具等行业，在生产中一般采用数控加工的方法，其中以高速铣削应用最为广泛。而铣削加工易受到铣削热、铣削残余应力、铣削力等众多因素的影响，导致零件加工质量难以保证，加工效率很难提高。因此，对数控铣削力进行模型分析和实验研究，具有重要的理论意义与工程实用价值。1数控铣削力模型分析图1立铣切削模型不意图在薄壁件的高速铣削加工过程中，由于薄壁零件一NN，NF：的刚性差，在铣削力的作用下，零件加工表面因弹性x荟乏，{一KD。fzsin[

5、r／(i，，)]+变形而产生“让刀”现象，引起加工误差，影响了DLeos[’7(i，，k)]sin[叼(，-J．，k)]}／(1)一ⅣⅣN零件的加工精度。因此，建立可靠、便于计算和处理．F=荟三{KKDf~sin[叩(i，J，k)]COS[叩(，，的铣削力模型，对薄壁件加工变形的研究具有重要的k)]+Dfzsin[(i，，k)]}／Ⅳ。(2)意义。其中最具代表性的是：Kline的平均铣削力模NN——．NF=互，{KKTDfzsin[叩(i√，k)]tan(Oth)}／型、Won—SooYun的三维力学模型和铣削力经验模J一⋯1一j型。(3)Kline模型中，铣削力的大小与刀具刀

6、齿和工件其中负号用于顺铣，正号用于逆铣；Fx、Fy、F分相接触总的切削面积有关。图1为立铣切削模型示意别为沿机床为、Y、z方向上的平均切削力；N为对图，将总的切削面积划分为图示微单元，将所有处在每齿角度空间划分的角度个数；N为单元数；N为刀具齿数；fz为每齿进给量；卵(i，，k)为刀具处于第J．切削区域的单元力相加，即得到总的切削力。收稿日期：2011—03—25作者简介：杜景轩(1986一)，男，在读研究生，从事金属切削理论及新型加工技术的学习研究。E—mail：505487989@qq·corn。第7期杜景轩等：数控铣削力模型分析和实验研究·63·个角度增量位置时，第k个刀

7、齿上第i个微单元所处信号采集通过Kistler三向压电式测力仪、Kistler多通的空间角度。为刀具螺旋角，K为轴向待定系道电荷放大器以及HORIZON数据采集系统及Pc机数。由此可知，通过试验，将测量得到的平均力代入仪器来实现。压电式测力仪工作原理是：基于某些晶上面方程与中即可解出、K；通过设计多组试验，体受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内便可建立、关于切削用量的关系模型，之后运部还产生极化，表面有电荷出现，形成电场；当外力用此模型即可预测、Y、z向铣削力。去除时，表面重新回到不