(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 202211010776.2 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 广东工业大 学 地址 510006 广东省广州市番禺区大 学城 外环西路10 0号 (72)发明人 孙占文　徐诗俊　焦杰　王素娟　 杜雪　 (74)专利代理 机构 广州三环 专利商标代理有限 公司 44202 专利代理师 何卿华 (51)Int.Cl. G01N 3/58(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 超精密加工钛合金切削力预测方法、 系统、 设备及介质 (57)摘要 本发明提供了一种超精密加工钛合金切削 力预测方法、 系统、 设备及介质， 通过采用金刚石 刀具对钛合金工件进行不同切削深度的刮槽实 验， 获取不同切削深度对应的回弹量建立回弹力 预测模型， 并对 预制的钛合金薄壁工件进行不同 切削深度的车削测 力实验， 获取对应的主切削力 和推力并建立剪切力预测模型， 再根据由超精密 车削系统结构确定的切削力计算公式以及回弹 力预测模型和剪切力预测模型， 得到切削力预测 模型， 以及将待处理钛合金工件进行切削区域离 散化处理得到的薄壁形工件的切削深度和宽度 代入切削力预测模型得到离散化切削力预测模 型的方法， 能够高效精准预测切削力， 且便于集 成至智能切削系统， 提高加工精度， 减少刀具磨 损， 具有较高的应用价 值。 权利要求书3页 说明书11页 附图6页 CN 115372192 A 2022.11.22 CN 115372192 A 1.一种超精密加工钛 合金切削力预测方法， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： 采用金刚石刀具对钛合金工件进行不同切削深度的刮槽实验， 获取不同切削深度对应 的回弹量， 并根据所述回弹量， 建立回弹力预测模型； 采用金刚石刀具对预制的钛合金薄壁工件进行不同切削深度的车削测力实验， 获取不 同切削深度对应的主切削力和推力， 并根据所述推力和主切削力， 建立剪切力预测模型； 所 述钛合金薄壁工件为待加工表面与金刚石刀具的刀尖圆弧形状保持一致的圆弧加工面长 条形钛合金工件； 根据超精密车削系统结构， 确定薄壁形钛合金超精密切削的切削力计算公式， 根据所 述切削力计算公式、 回弹力预测模型和剪切力预测模型， 得到切削力预测模型； 通过超精密车削系统对待处理钛合金工件进行切削区域离散化处理， 得到预设数目的 薄壁形工件， 并将各个薄壁形工件的切削深度和宽度代入所述切削力预测模型， 得到离散 化切削力预测模型。 2.如权利要求1所述的超精密加工钛合金切削力预测方法， 其特征在于， 所述采用金刚 石刀具对钛 合金工件进行不同切削深度的刮槽实验的步骤之前， 还 包括： 通过预设实验获取钛合金工件加工参数； 所述钛合金工件加工参数包括钛合金工件弹 性模量、 切削摩擦系数、 刀具几何参数、 剪切角和摩擦角。 3.如权利要求2所述的超精密加工钛合金切削力预测方法， 其特征在于， 所述通过预设 实验获取钛 合金工件加工参数的步骤 包括： 将金刚石压头压入钛合金工件表面进行纳米压痕实验， 获取所述钛合金工件弹性模 量； 将施压的金刚石滑块放在钛合金工件表面进行平面式摩擦实验， 并采用平面式摩擦系 数测试仪测量得到所述切削摩擦系数； 通过原子力显微镜观察金刚石刀具， 获取所述刀具几何参数； 所述刀具几何参数包括 刀尖圆弧半径、 刀具 前角、 刀具后角和刀尖圆弧包角； 根据所述切削摩擦系数和刀具前角， 得到剪切角和摩擦角； 所述剪切角和摩擦角表示 为： 其中， φ和β 分别表示剪切角和摩擦角； ur和 α 分别表示摩擦系数和刀具 前角。 4.如权利要求1所述的超精密加工钛合金切削力预测方法， 其特征在于， 所述采用金刚 石刀具对钛合金工件进行不同切削深度的刮槽实验， 获取不同切削深度对应的回弹量， 并 根据所述回弹量， 建立回弹力预测模型的步骤 包括： 利用金刚石刀具进行超精密切削钛合金工件， 根据不同的切削深度， 在钛合金工件表 面加工出不同深度的微沟槽， 得到刮槽 工件； 采用白光干涉仪拍摄所述刮槽工件， 得到刮槽工件的实 际切削深度， 并根据所述实 际 切削深度， 计算得到对应的回弹量； 根据所述切削深度和对应的回弹量， 得到第一对应关系； 所述第一对应关系表示 为： he＝k1tc权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115372192 A 2其中， he和tc分别表示回弹量和 切削深度； k1表示he与tc线性趋势的斜 率； 将所述第一对应关系中的回弹量代入预设回弹力计算公式， 得到所述回弹力预测模 型； 所述预设回弹力计算公式为： 其中， E表示钛合金工件弹性模量； κ表示金刚石刀具后角； he表示回弹量； y表示切削长 度； Fspr表示回弹力。 5.如权利要求1所述的超精密加工钛合金切削力预测方法， 其特征在于， 所述采用金刚 石刀具对预制的钛合金薄壁工件进行不同切削深度的车削测力实验， 获取不同切削深度对 应的主切削力和推力， 并根据所述推力和主切削力， 建立剪切力预测模型的步骤 包括： 采用测力仪获取切削加工过程中， 不同切削深度对应的主切削力和推力； 根据切削深度与对应的主切削力和推力， 得到对应的第二对应关系和第三对应关系； 所述第二对应关系表示 为： F′c＝k2tc 其中， F′c和tc分别表示主切削力和 切削深度； k2表示F′c与tc线性趋势的斜 率； 所述第三对应关系表示 为： F′t＝k3tc 其中， F′t和tc分别表示推力和 切削深度； k3表示F′t与tc线性趋势的斜 率； 将所述第二对应关系中的主切削力和所述第三对应关系中的推力代入预设剪切力计 算公式， 得到所述剪切力预测模型； 所述预设剪切力计算公式为： 式中， 其中， F′t和F′c分别表示推力和主切削力； τshear和Fshear分别表示剪切应力和剪切力； w 表示工件宽度； R、 θ和φ分别表示金刚石刀具的刀尖圆弧半径、 刀尖圆弧包角和剪切角； he 和tc分别表示回弹量和 切削深度。 6.如权利要求1所述的超精密加工钛合金切削力预测方法， 其特征在于， 所述根据 所述 切削力计算公式、 回弹力预测模型和剪切力预测模型， 得到切削力预测模型的步骤 包括： 将所述回弹力预测模型中的回弹力和所述剪切力预测模型中的剪切力代入所述切削 力计算公式， 得到所述切削力预测模型； 所述切削力计算公式为： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115372192 A 3