(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 202210611714.0 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 重庆理工大 学 地址 400054 重庆市巴南区李 家沱红光大 道69号 (72)发明人 张卫青　周清　郭晓东　谭儒龙　 (74)专利代理 机构 重庆华科专利事务所 5 0123 专利代理师 李勇　康海燕 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种螺旋锥齿轮铣齿切削力预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种螺旋锥齿轮铣齿切削力 预测方法， 其包括如下步骤： 步骤一， 采用 OpenCASCADE几何引擎构建齿坯实体模型和铣齿 刀实体模型， 然后基于实体布尔运算方法求解得 到铣齿过程中铣齿刀切削面积SA； 步骤二， 采用 Johoson‑Cook本构方程求解得到齿坯的剪切应 力τs； 步骤三， 基于金属斜角切削理论预测螺旋 锥齿轮铣齿切削力： F＝τs·SA·(θc1+θc2+ θc3)； θc1＝cos(φi)·cos(φn)·cos(λs)， θc2＝sin(φn)·sin(λs)， θc3＝sin(φn)· cos(λs)·cos(φi)·tan(φn+θn)； 式中， λs 为刃倾角， 即切削刃与切削速度之间的夹角， φi 为剪切流角， φn为法向剪切角， θn为切削力F在 法平面投影与x轴的夹角， 所述x轴垂直于切削 刃。 其能够准确求得螺旋锥齿轮铣齿过程中的切 削力， 为后续铣齿参数优化和刀具磨损监测提供 理论基础。 权利要求书3页 说明书12页 附图7页 CN 114936435 A 2022.08.23 CN 114936435 A 1.一种螺 旋锥齿轮铣齿切削力预测方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一， 采用Op enCASCADE 几何引擎构 建齿坯实体模型和铣齿刀实体模型， 然后基于实 体布尔运 算方法求 解得到铣齿过程中铣齿刀切削面积SA； 步骤二， 采用Johoso n‑Cook本构方程 求解得到齿坯的剪切应力 τs； 步骤三， 基于金属斜角切削理论预测螺旋锥齿轮铣齿切削力： F＝τs·SA·(θc1+θc2+ θc3)； θc1＝cos(φi)·cos(φn)·cos( λs)， θc2＝sin(φn)·sin( λs)， θc3＝sin(φn)·cos ( λs)·cos(φi)·tan(φn+θn)； 式中， λs为刃倾角， 即切削刃与切削速度之间的夹角， φi为剪切流角， φn为法向剪切 角， θn为切削力F在法平面投影与x轴的夹角， 所述x轴垂直于切削刃。 2.根据权利要求1所述的螺旋锥齿轮铣齿切削力预测方法， 其特征在于， 所述步骤一具 体包括如下步骤： 1)根据预设的铣齿加工参数， 计算得到第i次加工时的铣齿刀位点rc(i)， 即以待加工齿 轮节锥顶点为铣齿机原点的机床坐标系中铣齿刀的空间位置， 并得到与所述铣齿刀位点rc (i)对应的齿坯位置 矢量rg； 2)根据预设的齿坯参数和铣齿刀参数， 采用OpenCASCADE几何引擎分别构建齿坯实体 模型A(0)和铣齿刀实体模型B(0)； 3)调整齿坯实体模型和铣齿刀实体模型至第i次加工位置， 齿坯实体模型位置表示 为： A(i位置)＝A(i‑1)·RRot(ng,dA)， A(i ‑1)为第i‑1次加工后的齿坯实体模型， RRot(ng,dA) 为第i‑1次加工后的齿坯实体模型绕ng轴旋转dA， ng为第i‑1次加工后的齿坯实体模型的中 心轴线， dA 为第i次加工时齿坯实体模 型位置A(i位置)相对于第i ‑1次加工时齿坯实体模 型位 置A(i‑1位置)绕轴线ng旋转的角度， 即两次不同加工位置齿坯实体模型绕A轴的角度增量； 铣齿刀实体模型位置表示为： B(i位置)＝B(0)·TTrans(rc(i))， TTrans(rc(i)为机床坐标系 中铣齿刀实体模型B(0)从原点沿矢量rc(i)移动； A(i位置)和B(i位置)进行布尔求交运 算得到第i次加工去除材 料实体R(i)； 4)在第i次加工时的刀盘坐标系中， 按预设角度 多次等角度旋转内、 外刀盘截面， 得 到绕刀盘轴线等角度排列的内刀截面实体 集合Hin和外刀截面实体集合Hout， 将内、 外刀截面 实体集合中第j次旋 转的内刀截面实体Hin(i,j)和外刀截面实体Hout(i,j)分别与第i次加工 去除材料实体R(i)进行布尔求交运算， 得到第i次加 工中第j次旋转时内、 外刀去除材料实 体， 采用OpenCASCADE几何引擎中的面积提取函数模块获取第i次加工中j次旋转时内刀切 削面积Sin(i,j)和外刀切削面积Sout(i,j)， 5)通过比较第i次加工内刀切入角度、 内刀切出角度、 外刀切入角度、 外刀切出角度与 θp 关系， 得出第i次加工为单刀切削或多刀切削， 依据切削方式计算得到第i次加工时铣齿刀 切削面积SA； 式中Np为铣齿刀盘上内、 外刀齿总数量。 3.根据权利要求2所述的螺旋锥齿轮铣齿切削力预测方法， 其特征在于， 所述步骤5)中权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114936435 A 2单刀切削或多刀切削的判断具体为： 若第i次加工内刀切入角度 内刀切出角度 外刀切入角度 外刀 切出角度 与 θp关系为 则判定第i次加工 为单刀切削； 此时， 则第i次加工时铣齿刀切削面积SA为： 若第i次加工 内刀切入角度 内刀切出角度 外刀切入角度 外刀 切出角度 与θp关系为 则判定第i次加工为 多刀切削， 且内刀切入时外刀还未完全切出； 内外刀重合的角度 为： 重合的切削面积为Sin,out： 则第i次加工时铣齿刀切削面积SA为： 若第i次加工内刀切入角度 内刀切出角度 外刀切入角度 外刀 切出角度 与θp关系为 则判定第i次加工为 多刀切削， 且外刀切入时内刀还未完全切出； 此时内外刀重合的角度 为： 重合的切削面积为Sin,out： 则第i次加工时铣齿刀切削面积SA为： 若第i次加工内刀切入角度 内刀切出角度 外刀切入角度 外刀权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114936435 A 3