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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
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