韩振军，王忠平，杜 广，王泰吉

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111）

1 引言

目前，我国的高速、轻型和地铁列车车体大部分由铝合金型材[1-3]构成，车体的侧墙、车顶和底板等大部件的多余立筋等结构都需要通过铣削加工进行去除。由于铝合金型材壁薄、中空和长跨距等结构特性，在加工过程中常常出现变形和颤振等问题。近年来，学者们认为铣削力是影响铝合金型材加工质量的主要因素[4-6]，并通过立铣刀高速加工铝合金铣削力试验研究，还有学者发现改变铣削方向能有效地避免刀具对工件的猛然撞击[7-9]。针对高速列车车体常用的薄壁铝合金的立铣加工过程，在分析和研究铣削参数与铣削力之间关系的基础上，对薄壁壁板瞬时铣削力计算模型进行研究，结合实验验证结果分析铣削参数对各切削分力的影响规律。

2 铣削力模型

为描述铝合金型材立筋铣削过程产生的铣削力，根据高速切削原理建立立筋铣削加工铣削力模型，如图1所示。图中：n—主轴转数；ap—切削深度；f—进给量；δ—立筋厚度；H—立筋高度；R—刀具半径；FX，FY，FZ—铣刀沿X、Y 和Z 三个方向的切削力。

图1 铝合金型材立筋铣削加工模型Fig.1 Vertical Stud Milling Force Model of Aluminum Alloy Profile

刀具铣削加工过程中，设剪切区刀刃任意微元与工件作用的dFn，dFr，dFf分别为法向切削力、径向切削力和切向摩擦力，θ为刃倾角，ac为切削厚度，则 dFX，dFY，dFZ与 dFn，dFr，dFf之间的转换矩阵：

式中：φ—微元法向与X轴夹角。若微元法向切削合力为：

式中：C—实验常数；σ—切削应力。

根据切削原理有几何关系：