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基于半解析法的面铣削力系数快速标定与验证

张媛 陈荣荣

张媛, 陈荣荣. 基于半解析法的面铣削力系数快速标定与验证[J]. 制造技术与机床, 2023, (12): 57-64, 78. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.12.007
引用本文: 张媛, 陈荣荣. 基于半解析法的面铣削力系数快速标定与验证[J]. 制造技术与机床, 2023, (12): 57-64, 78. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.12.007
ZHANG Yuan, CHEN Rongrong. Rapid calibration and verification of face milling force coefficient based onsemi-analytical method[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (12): 57-64, 78. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.12.007
Citation: ZHANG Yuan, CHEN Rongrong. Rapid calibration and verification of face milling force coefficient based onsemi-analytical method[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (12): 57-64, 78. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.12.007

基于半解析法的面铣削力系数快速标定与验证

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.12.007
基金项目: 陕西省自然科学基础研究计划(2022JQ-714)
详细信息
    作者简介:

    张媛,女,1989年生,硕士研究生,讲师,主要从事机械设计与制造研究。E-mail:15809253650@163.com

    通讯作者:

    张媛,女,1989年生,硕士研究生,讲师,主要从事机械设计与制造研究。E-mail:15809253650@163.com

  • 中图分类号: TP18

Rapid calibration and verification of face milling force coefficient based onsemi-analytical method

  • 摘要: 铣削加工在航空航天和汽车制造领域应用十分广泛,预测铣削力是提高零件加工质量和效率的重要方式,而铣削力系数的高精度标定是预测铣削力的关键。铣削过程受多种因素的影响,传统铣削力系数标定方法基于刀具-工件之间的理论关系,却忽略了实际加工中其他因素对铣削力系数的影响。文章基于铣削力模型,推导出面铣削力系数的半解析计算模型,通过铣削加工实验获得切向力、径向力和进给力。考虑切削力峰值对刀具和工件振动的影响,引入修正因子对局部切削力系数进行修正。最后,基于标定的系数预测铣削力并进行了实验验证,铣削力理论预测值和实验值的最大相对误差为11.4%,预测值和实验值接近且相对误差较小。因此,文章提出的方法可以较好地标定面铣削力系数。

     

  • 图  1  平面铣削示意图

    图  2  刀具受力示意图

    图  3  实验设备连接图

    图  4  刀具#1铣削力变化图

    图  5  刀具#2铣削力变化图

    图  6  刀具#1总铣削力变化图

    图  7  刀具#2总铣削力变化图

    图  8  刀具#1铣削力预测值和实验值对比

    图  9  刀具#2铣削力预测值和实验值对比

    图  10  刀具#1总铣削力预测值和实验值

    图  11  刀具#2总铣削力预测值和实验值

    表  1  刀具几何参数

    刀具编号 刀具直径/mm 刀齿数N 刀具悬伸长度/mm
    #1 20 4 70
    #2 20 2 70
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    表  2  工件材料的物理特性

    拉伸强度/
    MPa
    屈服强度/
    MPa
    杨氏模量/
    GPa
    密度/
    (g/cm3
    硬度/
    HB
    泊松比
    524 455 71 2.81 150 0.33
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    表  3  切削参数

    实验
    编号
    铣削
    方式
    轴向切深/
    mm
    径向切深/
    mm
    每齿进给量/
    (mm/f)
    主轴转速/
    (r/min)
    1 逆铣 1 10 0.1 2 500
    2 逆铣 1.5 10 0.15 2 500
    3 逆铣 2 10 0.2 2 500
    4 逆铣 2.5 10 0.25 2 500
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    表  4  铣削力系数

    刀具 ${{{K}}_t}$ /(N/mm2 ${{{K}}_{{f}}}$ /(N/mm2 ${{{K}}_{{r}}}$ /(N/mm2
    #1 1 560 658 58
    #2 1 590 671 45
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    表  5  铣削力预测值和实验值的误差

    编号 ${F_{{x}}}$/N ${F_{{y}}}$/N ${F_{{\textit{z}}}}$/N
    计算值 实验值 相对误差/(%) 计算值 实验值 相对误差/(%) 计算值 实验值 相对误差/(%)
    #1 683.2 760.4 10.1 485.3 547.9 11.4 25.4 28.0 9.2
    #2 1 025.3 1 133.0 9.5 823.4 902.4 8.7 38.6 42.6 9.4
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 录用日期:  2023-10-13
  • 修回日期:  2023-08-10
  • 网络出版日期:  2023-12-04

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