华南理工大学学报(自然科学版)

作者：靳淇超, 李军, 叶子银, 俞弘宇, 郭磊

单位：1.长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西 西安 7100642.中国航发西安航空发动机有限公司，陕西 西安 7100213.西安交通大学 精密微纳制造技术全国重点实验室，陕西 西安 710054

关键词：斜角切削,球头铣刀,TANH本构模型,刀具-工件接触区域,铣削力模型

基金：陕西省自然科学基础研究计划项目(2025JC-YBMS-389)

针对球头铣刀在变刃倾角条件下切削时所呈现的三维力场分布复杂、未变形切屑厚度动态变化显著等特点，为实现球头铣刀多轴铣削过程中切削力的高精度建模与预测，提出了一种融合斜角切削理论与动态运动学仿真的铣削力建模方法。基于等效平面法建立斜角切削力学解析框架，通过空间坐标变换将三维切削转化为二维平面切削，推导同时包含剪切效应与耕犁效应的复合力学模型，揭示了刃倾角对切削区材料流动方向、剪切变形区形态以及应力分布的调控机制；其次建立球头铣刀刃线几何特征，结合刀具-工件运动学耦合模型，求解刀齿运动微分方程，并通过改进型Z-MAP算法实现动态加工表面形貌仿真，提取时变未变形切屑厚度分布；进而提出一种多尺度力学映射策略，将刀具刃口沿曲线方向离散为微元切削单元，基于斜角切削解析模型对各微元的切向力、径向力与轴向力进行迭代积分，最终叠加得到完整的三维铣削力时域信号。最后开展实验验证，结果表明：模型在轴向、进给方向与切宽方向的铣削力预测最大误差分别为18.3%、10.8%与22.4%，验证了模型在复杂几何刀具受力分析中的准确性与适用性。该研究方法融合了宏观运动学仿真与微观力学解析，可为球头铣刀的工艺参数优化、刀具结构设计与加工稳定性提升提供理论支撑。

来源：2026年第1期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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