机械工程学报

作者：施壮, 李长河, 刘德伟, 张彦彬, 秦爱国, 曹华军, 陈云

单位：1. 青岛理工大学机械与汽车工程学院 青岛 266520;2. 青岛卡沃斯智能制造有限公司 青岛 266100;3. 重庆大学机械与运载工程学院 重庆 400044;4. 成都工具研究所有限公司 成都 610500

关键词：铣削,钛合金,弱刚度,铣削力,螺旋角,齿间角；

基金：国家重点研发计划(2020YFB2010500)、山东省重大创新工程(2019JZZY020111)、泰山学者工程专项经费资助(tsqn202211179)和山东省青年科技人才托举工程(SDAST2021qt12)资助项目。

随着航空航天轻量化趋势的迫切需求，铣削是框架类弱刚度零部件不可或缺的加工方法，然而铣削过程瞬时力变化导致薄壁结构件等弱刚度工件的颤振产生加工变形是其技术瓶颈。而立铣刀不等分齿间角和螺旋角已被证实是抑制颤振的有效方法。但切削力变化是诱发工艺系统颤振的本源，不等螺旋角立铣刀铣削弱刚度结构件力学行为尚未完善。基于此，建立了不等螺旋角立铣刀瞬时铣削力数学模型。首先，分析了不等螺旋角周向平面化下角度位置关系，研究了切削刃之间的轴向时变特性对任意轴向位置瞬时切削厚度的影响关系，建立了不等分齿间角微元体的力模型并轴向积分后得到单刃瞬时切削力模型。其次，分析了不等螺旋角切削刃在切削域中的参与情况，并提出了多刃同时切削时多窗口函数叠加的铣削力线性预测方法。进一步的，采用了线性回归后的斜切变换方法进行系数标定，得到了基于铣削斜变化下的系数预测方法。最后，开展了传统立铣刀与不等螺旋角立铣刀干式铣削Ti-6Al-4V验证性实验。结果表明，线性回归方法下的传统立铣刀数值解与测量值在进给方向Fy平均误差为1.17%，切削表面法向Fx平均误差为2.09%。铣削斜切变换方法下不等螺旋角立铣刀得到的Fy平均误差为0.13%，相比于线性回归方法预测精度提高了6.36%。不等螺旋角导致切削刃之间具备的轴向时变特性，是导致了力信号周期性改变，抑制颤振的根本原因。

来源：2024年第15期

《机械工程学报》期刊编辑部

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