本發(fā)明涉及機(jī)械制造加工，更具體的說(shuō)涉及一種cfrp加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、cfrp由于其優(yōu)異的性能，在航空航天領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域和船舶領(lǐng)域等受到廣泛的應(yīng)用，但由于cfrp具有其各向異性特性，切削機(jī)理尚不明確，限制了對(duì)其粗糙度的預(yù)測(cè)。因此，孔壁粗糙度是研究cfrp加工的重點(diǎn)內(nèi)容。

2、目前，現(xiàn)有的檢測(cè)方式只能是采用手持式粗糙度儀進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法做到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，因此即使后期檢測(cè)出孔壁粗糙度不符合指標(biāo)，也無(wú)法避免造成損失。如果能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的加工信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，就能保證加工質(zhì)量，提升加工效率。因此，對(duì)孔壁粗糙度的預(yù)測(cè)具有重要的意義。

3、例如公開(kāi)為cn116117211a的發(fā)明專利公開(kāi)了考慮切削力影響的旋風(fēng)銑削螺紋工件表面粗糙度預(yù)測(cè)方法，上述現(xiàn)有技術(shù)中涉及的對(duì)象為均質(zhì)各向同性材料，其表面粗糙度預(yù)測(cè)方法不能夠用于具有各向異性特點(diǎn)的cfrp。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，提出一種適用于cfrp加工的孔壁三維粗糙度的預(yù)測(cè)方法，本發(fā)明通過(guò)切削力方程建立切削力-切削高度方程，得到載荷與表面高度的函數(shù)關(guān)系；然后再通過(guò)正交切削試驗(yàn)，確定函數(shù)表達(dá)式中的系數(shù)，最終得到完整的用于預(yù)測(cè)孔壁三維粗糙度的計(jì)算表達(dá)式。基于該表達(dá)式只需監(jiān)測(cè)力信號(hào)或者能夠轉(zhuǎn)化為力信號(hào)的其他信號(hào)，就能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測(cè)加工過(guò)程中孔壁的三維粗糙度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中對(duì)制孔質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而避免加工損傷，提高加工效率。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供了一種cfrp加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法，所述方法包括以下步驟：

4、步驟s1.通過(guò)切削力方程建立切削力-切削高度方程，得到載荷與表面高度的函數(shù)關(guān)系；

5、步驟s2.通過(guò)正交切削試驗(yàn)，確定步驟s1函數(shù)表達(dá)式中的系數(shù)。

6、進(jìn)一步地，所述步驟s1具體包括以下步驟：

7、步驟s1.1.結(jié)合切削力方程，通過(guò)逆變換確定第一變形切削區(qū)域的切深；

8、步驟s1.2.結(jié)合切削力方程，通過(guò)逆變換確定第二切削區(qū)域的纖維斷裂深度；

9、步驟s1.3.結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式，確定第三切削區(qū)域的纖維回彈高度；

10、步驟s1.4.通過(guò)刀具前角和后角之間與切削力之間的多元函數(shù)的偏微分方程關(guān)系，以及第二切削區(qū)域的纖維斷裂深度和第三切削區(qū)域的纖維回彈高度，建立最終的切削力-粗糙度方程。

11、進(jìn)一步地，步驟s1.1中，第一切削區(qū)域切深的計(jì)算表達(dá)式如下：

12、

13、其中，h為材料切削寬度，τ1為材料垂直于纖維方向的剪切強(qiáng)度，τ2為材料沿纖維方向的剪切強(qiáng)度，為形成切屑的切削角，β為前刀面摩擦角，γ0為刀具切削刃前角，θ為纖維方向角；fy1和fz1分別為第一切削區(qū)域內(nèi)刀具切削力分解后所得到的進(jìn)給抗力和切深抗力。

14、進(jìn)一步地，步驟s1.2中，第二切削區(qū)域的纖維斷裂深度的計(jì)算表達(dá)式如下：

15、p·cosθ＝l·d·ξ+c·4πl(wèi)2υ+re·(1-cd)·ζ???????式(3)；

16、進(jìn)一步地，第二切削區(qū)域的切深如下：

17、

18、其中，p為第二切削區(qū)域的合力，l為纖維斷裂深度，c為碳纖維分布密度，ξ為纖維與基體間的結(jié)合強(qiáng)度，υ為纖維斷裂強(qiáng)度，ζ為基體斷裂強(qiáng)度；d為碳纖維的直徑；re為刀具鈍圓半徑。

19、進(jìn)一步地，步驟s1.3中，第三切削區(qū)域內(nèi)的切深抗力和進(jìn)給抗力如下：

20、

21、其中，k、h、re和e3分別是切削系數(shù)、材料硬度、切削刃半徑和有效彈性模量，a、α和h分別是第三切削區(qū)域內(nèi)刀具后刀面與工件的接觸長(zhǎng)度、刀具后角和材料切削寬度；fz3和fy3分別為第三切削區(qū)域內(nèi)的切深抗力和進(jìn)給抗力；

22、進(jìn)一步，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，求解出第三切削區(qū)域內(nèi)纖維回彈高度bc：

23、

24、進(jìn)一步地，步驟s1.4中，切削表面高度的計(jì)算表達(dá)式如下：

25、hc＝|re+l-bc|????式(6)；

26、進(jìn)一步地，基于切削表面高度建立如下切削力-粗糙度方程：

27、

28、其中，hc為切削表面高度，h1為t1時(shí)刻初始平面距離已加工表面的高度，h2為t2時(shí)刻初始平面距離已加工表面的高度。

29、進(jìn)一步地，刀具前刀面與切屑為第一切削區(qū)域。

30、進(jìn)一步地，切削刃刃元處為第二切削區(qū)域。

31、進(jìn)一步地，刀具后刀面為第三切削區(qū)域。

32、本發(fā)明的有益效果：

33、本發(fā)明提供的孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法適用于各項(xiàng)異形材料，通過(guò)建立切削力與粗糙度的聯(lián)系，只需監(jiān)測(cè)力信號(hào)或者能夠轉(zhuǎn)化為力信號(hào)的其他信號(hào)，就能在加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)制孔質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而避免加工損傷，提高加工效率。

技術(shù)特征：

1.一種cfrp加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cfrp加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟s1具體包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種cfrp加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s1.1中，第一切削區(qū)域切深的計(jì)算表達(dá)式如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種cfrp加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s1.2中，第二切削區(qū)域的纖維斷裂深度的計(jì)算表達(dá)式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種cfrp加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s1.3中，第三切削區(qū)域內(nèi)的切深抗力和進(jìn)給抗力如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種cfrp加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s1.4中，切削表面高度的計(jì)算表達(dá)式如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種cfrp加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，刀具前刀面與切屑為第一切削區(qū)域。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種cfrp加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，切削刃刃元處為第二切削區(qū)域。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種cfrp加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，刀具后刀面為第三切削區(qū)域。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及機(jī)械制造加工技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種CFRP加工孔壁三維粗糙度預(yù)測(cè)方法，本發(fā)明首先通過(guò)切削力方程建立切削力?切削高度方程，得到載荷與表面高度的函數(shù)關(guān)系；然后再通過(guò)正交切削試驗(yàn)，確定函數(shù)表達(dá)式中的系數(shù)，最終得到完整的用于預(yù)測(cè)孔壁三維粗糙度的計(jì)算表達(dá)式，基于該表達(dá)式只需監(jiān)測(cè)力信號(hào)或者能夠轉(zhuǎn)化為力信號(hào)的其他信號(hào)，就能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測(cè)加工過(guò)程中孔壁的三維粗糙度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中對(duì)制孔質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而避免加工損傷，提高加工效率。

技術(shù)研發(fā)人員：帥朝林,陳雪梅,勾江洋,劉元吉,陳清良,舒陽(yáng),葉翔宇,益建朋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30