(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111356543.3 (22)申请日 2021.11.16 (71)申请人 哈尔滨工程大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南 通大街145号哈尔滨工程大学科技处 知识产权办公室 (72)发明人 盖京波　邓奇　杜雪娇　闫轲　 常智勇　 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 摆线铣削中基于切削力建模的摆线参数优 化方法 (57)摘要 本发明一种摆线铣削中基于切削力建模的 摆线参数优化方法， 包括如下步骤： 首先建立了 摆线铣削中的几何模型， 求得在单个摆线周期内 任意瞬时刀具的切入和切出角以及单个摆线周 期的平均材料去除率； 接着把求得的切入、 切出 角带入经典切削力模型， 将求得的切削力分量向 测量坐标系投影； 继而在切削参数不变的条件 下， 研究摆线参数对啮合角、 切削效率以及切削 力的影响规律； 最后利用发现的规律即可给出摆 线铣削中， 在切削力的约束条件下， 摆线参数的 优化选择方法。 本发明方法在摆线铣削中能确保 摆线铣削特定区域时切削力满足约束条件， 且切 削效率高， 避免了以往摆线参数选择无定量理论 指导， 严重依赖工人经验， 切削力大及切削效率 低的情况。 权利要求书4页 说明书11页 附图7页 CN 114065427 A 2022.02.18 CN 114065427 A 1.一种摆线铣削中基于切削力建模的摆线参数优化方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一： 首先建立了摆线铣削中的几何模型， 求得在单个摆线周期内任意瞬时刀具的 切入和切出角以及单个摆线周期的平均材 料去除率； 步骤二： 接着把求得的切入、 切出角带入经典切削力模型， 将求得的切削力分量向测量 坐标系投影； 步骤三： 继而在切削参数不变的条件下， 研究摆线参数对啮合角、 切削效率以及切削力 的影响规 律； 步骤四： 最后利用发现的规律即可给出摆线铣削中， 在切削力的约束条件下， 摆线参数 的优化选择 方法。 2.根据权利要求1所述的摆线参数优化方法， 其特征在于， 所述步骤一中求得在单个摆 线周期内任意瞬时刀具的切入和 切出角具体为： 给定参数， 进给速度f、 轴向切深ap、 主轴转速n； 刀具半径R； 摆线半径r及摆线步长c的条 件下， 求解任意瞬时刀具的切入 θst、 切出角 θex及啮合角 θim： 建立直角坐标系xO0y， 坐标原点O0所在的位置为， 上一摆线周期材料切除边界二维 圆弧 轮廓的圆心， x轴正方向与刀具沿直线段运动时的进给方向一致， z轴为垂直于零件表面向 外， y轴由右手定则确定； 依据刀心点所处的位置， 将切入θst、 切出θex及啮合角 θim分为两段求解， 当刀心点 Oc沿摆 线刀轨中的直线 线段运动时Oc(xc,yc)可以表示 为： 其中t为时间参数且0 ≤t≤c/f； 刀具沿摆线刀轨直线段运动时， 刀具切出工件时切出点P1的坐标为(x1,y1)， 其坐标值 可由下式给 出： 其中t为参数， 取值与式(1 ‑1)相同； 当刀具按摆线刀轨走完直线段， 刀具将沿以O1(c,0)为圆心， r为半径的圆弧段运动， 此 时刀心点Oc的运动方程 为： 其中γ为参数， γ∈[ ‑π, π]； 由于刀具沿摆线刀轨逆时针旋转， 因此γ由π到 ‑π依序取 值， 其中γ与时间t(s)的关系为： 其中t(s)为 参数， 且t∈[c /f,(2 πr+c)/f]； 刀具沿摆线刀轨圆弧段运动时， 刀具切出工件时切出点P1的坐标为(x1,y1)， 其坐标值 可由下式给 出， 仅在啮合段：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114065427 A 2其中γ’为参数， 且γ ’∈[p, π]， p＝ ‑arcsin(c/(2(r+R)))， γ ’的值从π到p依序取值， 当γ’的取值小于p时， 即γ ’∈[‑π,p]时刀具和工件将不再发生切削， 为空行程， γ ’与时间 t的转换关系和γ与时间t的转换关系相同， 见式(1 ‑4)； 在铣削过程中， 刀具切削刃在任一瞬时的运动轨迹可近似由圆来代替， 则t时刻刀具切 削刃的运动方程 为： (x‑xc)2+(y‑yc)2＝R2  (1‑6) 当0≤t≤c/f时， 将式(1 ‑1)带入式(1 ‑6)即为直线段刀具切削刃的运动方程； 当c/f<t≤(2 πr+c)/f 时， 将式(1 ‑3)带入式(1 ‑6)即为圆弧段刀具切削刃的运动方程； 上一个摆线周期， 材 料的切除边界的方程 为： x2+y2＝(R+r)2,x≥0  (1‑7) 则在摆线铣削中刀具切入工件时切入点P2的坐标(x2,y2)， 其值由以下 方程求得： 当0≤t≤c/f时， (xc,yc)由(1‑1)式给出； 当c/f<t≤(2πr +c)/f时， (xc,yc)由(1‑3)式给 出； 方程组(1 ‑8)有两组解， 取纵坐标较大的那一组为P2点的坐标； 则P1P2间的距离为： 当0≤t≤c/f时， (x1,y1)由(1‑2)式给出； 当c/f<t≤(2πr +c)/f时， (x1,y1)由(1‑5)式给 出； (x2,y2)的值由方程(1 ‑8)求得； 刀具沿摆线刀轨运动时， 刀具和工件的啮合角 θim＝∠P1OcP2， 其数值由下式计算： 切入角 θst、 切出角 θex的数值由下式求得： 3.根据权利要求1所述的摆线参数优化方法， 其特征在于， 所述步骤一中求得单个摆线 周期的平均材 料去除率具体为： 求解摆线加工中的材 料平均去除率即平均切削效率Ceff， 其计算公式为： 其中SΔ为单个摆线周期刀具切除的材 料面积， 其计算公式为： 4.根据权利要求2或3所述的摆线参数优化方法， 其特 征在于， 所述 步骤二具体为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114065427 A 3