【摘 要】
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航空叶轮叶片等复杂曲面加工工况多变,刀具-工件的啮合区域复杂时变,且加工过程的刀具磨损对加工有重要影响。针对球头刀加工复杂曲面切触区域难以获得以及刀具磨损监测方法缺乏的现状,本文基于ACIS/HOOPS三维建模显示框架,C++编程语言以及模块化设计思路,开发一款三维切削力仿真平台,基于此实现了切削接触区域计算、切削力系数辨识以及刀具磨损监测。主要研究内容如下:（1）完成了以ACIS/HOOPS为底
【基金项目】
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国家重点研发计划“航空发动机叶片和轴承超极限性能电磁复合场制造新技术”（编号:2020YFA0714900）；
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航空叶轮叶片等复杂曲面加工工况多变,刀具-工件的啮合区域复杂时变,且加工过程的刀具磨损对加工有重要影响。针对球头刀加工复杂曲面切触区域难以获得以及刀具磨损监测方法缺乏的现状,本文基于ACIS/HOOPS三维建模显示框架,C++编程语言以及模块化设计思路,开发一款三维切削力仿真平台,基于此实现了切削接触区域计算、切削力系数辨识以及刀具磨损监测。主要研究内容如下:（1）完成了以ACIS/HOOPS为底层建模与显示的三维仿真平台的基础框架搭建。根据包络理论建立刀具扫描体,并融合局部刀具扫描与布尔运算,完成材料动态去除的仿真过程。（2）提出五轴球头刀刀具与工件切触区域实体模型求解算法。运用ACIS库中布尔求交算法,获取工件与刀具的切触区域,在轴向微元处建立圆盘进行求交,得到切入切出角,进而求解球头刀加工复杂曲面的铣削力。完成切削力系数标定实验验,验证得切削力误差在15%以下。（3）完成球头刀加工自由曲面切削力系数辨识算法。根据HEIDENHAIN机床提供的软件开发套件,读取机床的实时位置,计算刀具的实时进给率。将实测切削力与每一个刀位点对应,通过切削力模型方程进行切削力系数辨识的功能。完成流道切削实验,证明加工过程中辨识的切削力系数的有效性,对实际加工具有参考价值。（4）提出一种刀具磨损监测的方法。通过实验归纳总结切削力系数与后刀面最大磨损量之间的关系。并通过仿真平台已有的功能,在加工过程中辨识切削力系数,根据切削力系数与磨损关系,估计当前刀具的磨损情况。整套方法通过实验验证可行性,具有较好的监测效果。
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