(19)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 202111499338.2 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 哈尔滨理工大 学 地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学 府路52号 (72)发明人 赵培轶　张磊　姜彬　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市晨晟知识产权代理 有限公司 23219 专利代理师 朱永林 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 高能效铣刀后刀面瞬时摩擦能耗分布特性 的识别方法 (57)摘要 本发明为高能效铣刀后刀面瞬时摩擦能耗 分布特性的识别方法， 属于铣刀技术领域。 本发 明是针对高能效铣刀在铣削过程中， 刀齿后刀面 摩擦区域内摩擦速度及其能耗分布规律具有不 确定性所提出。 本发明包括高能效铣刀后刀面摩 擦边界表征方法、 高能效铣刀后刀面瞬时摩擦边 界特征点识别方法、 高能效铣刀后刀面摩擦能耗 分布函数构建方法和 高能效铣刀后刀面摩擦能 耗分布特性及演变特性识别方法。 本发明所提出 的高能效铣刀刀齿后刀面摩擦能耗演变特性识 别方法， 可以充分考虑长时程切削条件下， 铣刀 刀齿后刀面摩擦能耗及其分布规律对时间的响 应特性。 权利要求书4页 说明书12页 附图8页 CN 114896753 A 2022.08.12 CN 114896753 A 1.高能效铣刀后刀面瞬时摩擦能耗分布特性的识别方法， 其特征在于， 具体包括以下 步骤： 步骤A： 提出一种铣刀刀齿后刀面摩擦边界的几何特征的分析和表征方法， 进行高速铣 削加工实验， 根据铣刀刀齿后刀面摩擦特征分析结果， 提出铣刀刀齿后刀面摩擦边界表征 方法； 步骤B： 构建振动作用下高能效铣刀动态切削过程模型， 提出铣刀刀齿运动速度、 刀齿 后刀面与加工过渡表 面任意接触点瞬时摩擦速度求解方法， 提出基于热力耦合场的刀齿后 刀面应力提取 方法， 形成铣刀 刀齿后刀面瞬时摩擦能耗 解算方法； 步骤C： 提出刀齿后刀面特征点提取方法， 根据铣刀刀齿后刀面等效应变、 摩擦速度和 摩擦力随特 征方向的变化 规律， 提出铣刀 刀齿后刀面瞬时摩擦能耗分布特性的识别方法； 步骤D： 获取铣刀刀齿后刀面特征点处 的摩擦速度、 摩擦力及其摩擦能耗随时间的变化 特性， 提出高能效铣刀 刀齿后刀面摩擦能耗演变特性识别方法。 2.根据权利要求1所述的高能效铣刀后刀面瞬时摩擦能耗分布特性的识别方法， 其特 征在于， 所述 步骤A， 还 包括以下步骤： 步骤A1： 根据铣刀及刀齿结构特 征建立铣刀及刀齿坐标系， 进行高能效铣刀切削实验； 步骤A2： 使用超景深显微镜观察后刀面， 识别出刀齿后刀面摩擦边界的形状和位置； 步骤A3： 将识别出的摩擦边界在刀齿坐标系内进行表征， 并基于此表征方法提出一种 摩擦接触区域的特 征点选取 方法。 3.根据权利要求2所述的高能效铣刀后刀面瞬时摩擦能耗分布特性的识别方法， 其特 征在于， 所述 步骤A1具体步骤为： 步骤A11： 将铣刀中心轴线与刀齿最低点所在平面的交点设定为铣刀结构坐标系的坐 标原点o0， x0轴方向过坐标原点与 径向误差最大刀齿的刀尖点在径向最低平 面的投影点， z0 轴方向为 铣刀中心轴线方向， 按照笛卡尔坐标系原则确定y0轴； 步骤A12： 将刀齿安装平面两个端点的直线方向设定为刀齿坐标系的xi轴方向， 过刀齿 内侧刀尖点且垂直刀齿安装平面的直线方向作为yi轴方向， 交点为坐 标原点oi， 按照笛卡尔 坐标系原则确定 zi轴方向； 步骤A13： 在三轴铣削加工中心(VDL ‑1000E)上进行切削实验， 在切削实验过程中， 使用 电荷输出 型PCB三轴高频加速度传感器采集工件待加工表面处的振动加速度信号。 4.根据权利要求3所述的高能效铣刀后刀面瞬时摩擦能耗分布特性的识别方法， 其特 征在于， 所述 步骤A3具体步骤为： 步骤A31： 根据步骤A2识别后的摩擦上、 下边界上明显的拐点使用折线连接， 构成了摩 擦边界的边界曲线， 将边界曲线在刀齿坐标系内进行表征； 步骤A32： 对摩擦区域在刀齿坐标系内进行表征后， 提出刀齿后刀面摩擦区域的取点方 法， 在后刀面上等间距的取截面， 截面与摩擦上、 下边界分别交于一点， 得到上下边界的特 征点。 5.根据权利要求2所述的高能效铣刀后刀面瞬时摩擦能耗分布特性的识别方法， 其特 征在于， 所述 步骤B， 还 包括以下步骤： 步骤B1： 依据步骤A1实验所得振动信号特征， 建立振动作用下的铣刀动态切削过程模 型；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114896753 A 2步骤B2： 对铣刀及刀齿的切削轨迹及切削位姿进行解算， 并将其作为切削仿真的边界 条件在Deform中进行切削过程的热力耦合场仿真， 得到后刀面瞬时等效应力的分布云图； 步骤B3： 采用刀齿材料的屈服强度作为摩擦上边界特征点的判别依据， 用等效应力的 变化率突变作为摩擦下边界的 的判别依据， 得到刀齿后刀面的瞬时摩擦接触边界。 6.根据权利要求5所述的高能效铣刀后刀面瞬时摩擦能耗分布特性的识别方法， 其特 征在于， 所述 步骤B1具体步骤为： 步骤B11： 采用DH5922瞬态信号测试分析系统对铣削实验所采集的振动信号进行处理， 可得到从切入到切出 过程x、 y、 z三个方向上的振动加速度信号； 步骤B12： 通过对 振动信号的分析， 铣刀在切削加工过程中会发生 不规则偏移； 步骤B13： 建立振动作用下铣刀动态切削过程模型， 表征各坐标系之间的动态变化关 系。 7.根据权利要求6所述的高能效铣刀后刀面瞬时摩擦能耗分布特性的识别方法， 其特 征在于， 所述 步骤B2具体步骤为： 步骤B21： 对铣刀坐标原点的轨迹进行解算， 振动作用下铣刀坐标原点运动轨迹的求解 如式(1)所示： 步骤B22： 对姿态角的两个投影角进行求 解， 如式(2)和(3)所示： 步骤B23： 对投影角合成求 解姿态角， 如式(4)所示： 步骤B24： 求 解方向角， 如式(5)所示： 步骤B25： 利用 各坐标系之间的矩阵变换关系可求解刀齿上任一点的轨迹方程， 如式 (6)所示： [x y z 1]T＝A3A2B3B4B2A1B1[xi yi zi 1]T     (6) 式中， 各矩阵具体表达为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114896753 A 3