1.模态参数辨识

文献［175］研究表明，刀轴倾角的变化对刀尖频率响应函数的影响可以忽略不计，本节五轴球头铣削实验采用的刀具及刀具装夹后的悬长与第4章4.3.2节相同，因此在确定五轴球头铣削稳定性叶瓣图时仍采用4.3.2节的模态参数，如表6.2所示。

表6.2　获得的模态参数

2.切削力系数辨识

切削力系数的准确辨识是精确预测铣削状态的基础。由第4章4.3.2节可知，球头铣刀球头部分的螺旋角为变量，即沿着刀轴方向球头部分的几何参数发生变化。因此，不同于五轴侧铣，五轴球头铣削过程中，不同刀轴姿态下获得的切削力系数有所不同。用槽铣实验获得不同刀具姿态下的切削力系数。实验过程中，将前倾角设置为0°，侧倾角依次设置为0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°，用9257B型压电式测力仪采集每个刀轴姿态下x、y、z方向上的切削力，采集现场如图6.9所示。用文献［72］中的方法计算每个刀轴姿态下的切削力系数，不同刀轴姿态下的切削力系数如表6.3所示。本章切削深度定义为从工件表面沿其法线方向到最大切除点的距离[158]。

图6.9　切削力采集实验现场

（a）工件加工现场；（b）切削力采集系统

表6.3　不同刀轴姿态下的切削力系数(www.daowen.com)

将刀轴侧倾角作为变量，根据表6.3所示数据，可分别将切向切削力系数（Ktc）、径向切削力系数（Krc）与轴向切削力系数（Kac）进行拟合，在区间［0°，60°］上得到的拟合方程如式（6.1）～式（6.3）所示，拟合曲线如图6.10所示。

由图6.10可知，随着刀轴侧倾角的增大，切向切削力系数（Ktc）与轴向切削力系数（Kac）逐渐减小；径向切削力系数（Krc）由大变小，但变化趋势不明显；径向切削力系数（Krc）与切向切削力系数（Ktc）始终为正值，表明径向切削力与切向切削力始终有迫使刀具与工件分离的趋势[176]；轴向切削力系数（Kac）由正值逐渐变为负值，表明随着刀具倾角的增大，轴向切削力发生从迫使刀具与工件分离到迫使刀具靠近工件的转变。

图6.10　不同刀轴倾角下的切削力系数

为获得不同刀轴倾角下的切削力系数，引入倾斜角η，该刀轴倾斜角为刀具轴线（Zt）与曲面法线（N）之间的角度，可由以下公式获得[158]：

由式（6.4）可知，表6.3中的刀具侧倾角可以看作刀轴倾斜角的特例，因此，用刀轴倾斜角η替换式（6.1）～式（6.3）中的侧倾角αt，则可得到以刀轴倾斜角η为变量的切削力系数表达式，如式（6.5）～式（6.7）所示：