曲面圆角立铣刀五轴宽行加工在模具,航空航天,船舶制造等领域应用广泛。切削力是描述铣削加工过程的重要参数,与切削振动、刀具与工件变形、加工效率及工件加工质量密切相关,是研究铣削加工的重点与难点。以圆角立铣刀为研究对象,采用力学模型,考虑刀具偏心,本文建立了曲面五轴宽行加工铣削力预报模型,在理论与实践上都具有重要意义。刀刃接触区间和切削力系数是组成力学模型的基础,是本文的研究重点。本文主要的研究内容如下:(1)建立了斜平面圆角立铣刀五轴宽行加工刀工接触区域模型。以斜面倾斜角描述刀具与斜平面之间的夹角,在斜平面上建立刀具坐标系,在刀具坐标系下建立刀具包络面,待加工表面,前条刀具扫掠面等几何表达式,进而建立圆角立铣刀五轴斜平面宽行加工参数化模型。根据曲面求交得到刀工接触区域的边界曲线。曲线求交得到刀工接触区域的备选端点,由于曲线求交得到多个备选端点,根据交点的特点从多个备选端点中得到可行端点。(2)提出刀刃接触区间算法。在斜平面上计算刀刃接触区间。提出刀工接触区域限定法和空间限定法两种刀刃接触区间算法。两种方法都可以得到刀刃接触区间,空间限定法不需要计算刀工接触区域即可得到刀刃接触区间。将刀刃离散成一系列刀刃微元,对刀刃微元进行判断得到刀刃接触区间。(3)建立了曲面铣削力预报模型。考虑刀具偏心,推导出圆角立铣刀五轴加工切屑层厚度计算公式。采用力学模型,结合切屑层厚度与刀刃接触区间,建立了铣削力学预报模型。提出了切削力系数和偏心参数辨识方法。切削力系数辨识采用基于实际工况的瞬时平均铣削力。以切屑层厚度和轴向位置角为变量,拟合切削力系数得到切削力系数多项式。刀具偏心参数辨识在切削力系数辨识之后进行,采用瞬时峰值力计算偏心参数。复杂曲面与斜平面之间的关系转化为刀具坐标系与工件坐标系之间的旋转变换关系。(4)进行平面和曲面五轴宽行加工实验验证,实验表明预报铣削力与测量铣削力幅值范围和变化范围都吻合良好。分别在斜平面和曲面上进行铣削实验。针对斜平面加工,预报出刀具旋转一周的铣削力;曲面加工分为等高加工和正弦轨迹加工。预报刀具沿刀具轨迹铣削过程中的峰值铣削力。实验结果表明力预报结果与测量力在趋势和幅值两方面均吻合良好。实验验证了复杂曲面圆角立铣刀宽行加工铣削力预报模型的有效性。