1.一种抑制刀齿受迫振动磨损不均匀性的高速铣刀设计方法，其特征在于，所述铣刀设计方法的具体步骤为：
步骤一、依据铣刀受迫振动磨损实验的测试结果，对铣刀受迫振动行为与铣刀磨损行为进行关联分析，获得了铣刀受迫振动行为与铣刀磨损行为的关联特性；分析了面铣刀具铣削金属材料时的刀具磨损行为；对比不同参数下面铣刀铣削加工不同材料的切削特性，对面铣刀具磨损的影响；提出了铣刀受迫振动磨损的识别方法；
步骤二、依据振动学理论，分析了铣刀在铣削过程中的振动行为，并进行了参数化表征；分析了面铣刀铣削金属材料时几种主要的磨损形态的特征，以及各磨损形态发生的位置，并对面铣刀的磨损形态进行参数化表征；阐明了几种铣刀受迫振动行为对铣刀磨损行为的影响机制；分析受迫振动行为对铣刀磨损行为的影响；基于面铣刀切削加工过程中的磨损、破损理论，分析切削过程中切削速度、刀具振动以及切削力等对铣刀磨损的影响，揭示出铣刀受迫振动对铣刀磨损及磨损不均匀性的影响机制；建立铣刀多齿受迫振动磨损模型，提出铣刀受迫振动磨损及不均匀磨损的预报与评判方法，判别摩擦副性质、类别； 步骤三、依据上铣刀受迫振动对铣刀磨损及磨损不均匀性的影响机制，提出了铣刀受迫振动磨损不均匀性的控制方法，揭示出铣刀受迫振动行为对铣刀磨损行为的影响，实现对面铣刀受迫振动磨损的有效控制；
步骤四、根据铣刀模态分析与振动磨损实验结果，验证铣刀控制方法的准确性，解决控制方法中的变量冲突问题，解决控制回路，采用该控制方法，通过刀具参数、切削参数的设计，提出铣刀的设计方法，采用实验的方式验证设计方法的可行性、准确性。
2.根据权利要求1所述的一种抑制刀齿受迫振动磨损不均匀性的铣刀设 计方法，其特征在于：铣刀受迫振动磨损的识别方法
铣刀的受迫振动会导致铣刀刀齿产生受迫振动磨损，包括铣刀受迫振动对铣刀刀齿磨损性质（是前刀面磨损或后刀面磨损或切削刃磨损）、磨损位置p（即磨损最大深度位置）、磨损程度（即磨损宽度b与磨损深度h）的影响；铣刀受迫振动引起铣刀多个刀齿发生不均匀磨损行为，包括三种铣刀不均匀磨损形成机制：铣刀各齿磨损性质不同、磨损位置不均匀、磨损程度不均匀；
为具体直观的研究和表征铣刀的受迫振动磨损，本文采用实验的方式对铣刀在工艺系统受迫振动下的磨损进行测量；实验设备采用是大连VDL-1000E机床，对63mm直径4齿等齿距F2033.022.040.063铣刀，在切削45号钢材料的工件过程中刀具振动采用东华测系统和PCB振动加速度传感器进行测量，刀具磨损的测试仪器为KEYENCE-VHX600型超景深显微镜；为了解受迫振动与刀具磨损之间的相互关系，利用灰色系统理论建模软件，铣削参数为：铣刀每齿进给量fz=0.08～0.15mm/z，切削线速度vc=435～614m/min，切深ap=0.3～
0.5mm，对以上参数下的刀具振动与磨损进行灰色关联分析；前、后刀具的磨损宽度不均匀度与铣刀振动幅度关系密切，前、后刀面磨损深度不均匀度与铣刀振动频率关系密切，这是由于刀具与工件振动均呈现周期性，当铣刀振动频率与铣刀刀齿的轮换切削频率不同时，铣刀每个刀齿在切削时铣刀的振幅均不同，导致铣刀的受迫振动磨损为不均匀磨损； 利用面铣刀受迫振动与刀齿磨损及磨损不均匀性的关联特性，形成铣刀受迫振动行为对铣刀磨损行为的具体关系映射，能识别出铣刀受迫振动行为参数、铣刀磨损行为参数、铣刀不均匀磨损的行为参数；铣刀受迫振动行为对铣刀刀齿磨损行为的三种影响关系；铣刀受迫振动行为对铣刀不均匀磨损行为的三种影响关系；铣刀单齿磨损行为及铣刀不均匀磨损行为的受迫振动控制变 量；获得了铣刀受迫振动行为对磨损行为的具体关系映射，能够通过对振动行为的观测，实现在铣削过程中对面铣刀磨损行为的识别。
3.根据权利要求2所述的一种抑制刀齿受迫振动磨损不均匀性的高速铣刀设计方法，其特征在于：铣刀多齿受迫振动磨损预报方法；
完整高速铣削振动信号的描述，从动力学行为的三个方向分别表征：行距方向动力学行为；进给方向动力学行为；轴向方向动力学行为；包括三个方向振动主频大小及振动主频对应的振幅；
铣刀整体受迫振动会改变铣刀刀尖位置发生变化，同时改变了刀齿与工件的接触关系、刀具的实际切削角度、切削层参数，为研究铣刀受迫振动与刀齿位置关系对刀齿磨损的影响，以刀齿中心孔圆圆心为坐标原点、进给方向为X轴、行距方向为Y轴、主轴方向为Z轴建立笛卡尔直角坐标系；铣刀在某一时刻刀齿i参与切削，此时铣刀振动位移为S振动，相当于铣刀摆动至虚线位置，刀齿i在该时刻刀尖位置由Ji到J’i；若刀体螺纹孔半径为r螺，刀尖距刀体螺纹孔圆心距离为l刀片，刀片i的加工误差为Δ1i，刀片在该刀具上的装配误差为Δ2i，则振动前刀尖位置Ji坐标为：
设铣刀振动位移为S振动与X轴夹角为θix、与Y轴夹角为θiy、与Z轴夹角为θiz，铣刀在振动之后刀尖位置J’i坐标为：
本文建立刀具与工件接触几何模型，来分析刀具切削刃的实际切削长度和 切削面积之间的关系，铣削加工中，刀具刀刃的实际切削长度为主切削刃(线段OA)和副切削刃(线段EB)以及线段OE之和，它不仅与主偏角和副偏角有关，还和切削参数(每齿进给量fz和切削深度ap)有关；
kr为主偏角，k’r为副偏角，当fz>ap(cotkr+cotk’r)时，刀刃的实际切削长度与进给量无关，通常情况下，fz以刀尖为原点，进给方向为X轴，行距方向为Y轴，主轴方向为Z轴建立笛卡尔坐标系，建立铣刀切削振动与主偏角关联模型；铣刀刀齿由振动而产生的位移为S振动，相当于刀齿从初始位置摆动θ角度，主偏角由kr变成kr1，θS1为S振动在YOZ平面内与Y轴的夹角，，则由三角函数关系可得：
kr1=kr+2θS1 (5)
同理，铣刀前角γ0、后角α0在XOZ平面内，刀齿从初始位置摆动θ1角度，前角由γ0变成γ01，后角由α0变成α01，刃倾角由λs变成λs1，θS2为S振动在YOZ平面内与X轴的夹角，θS3为S振动在XOY平面内与Y轴的夹角，则由三角函数关系可得：
面铣刀在铣削时，切削参数与切削层参数：工件进给速度为Vf（m/min），fzi为任意相邻两齿间每齿进给量（mm/z），铣刀存在相位角 (i为刀齿代号从 1到Z)；
由于铣刀在铣削过程中刀具工件都存在振动，经过切削时间t，当铣刀在该时刻振动频率为fi时，铣刀后刀面与被加工件接触点振动磨损深度为h后，刀具与工件的振幅分别为A刀具、A工件，则：
刀具磨损位置是以刀尖位置为原点，沿着主切削刃方向为X轴，前刀面法向反方向为Z轴，建立直角坐标系，令P点坐标为（xp，yp，zp），因此，P点距刀尖距离为： 刀具磨损的位置不同，代表刀具的磨损性质不同，当P点位于前刀面且距切削刃有一段距离，则为月牙洼磨损，位于后刀面时为后刀面磨损，若发生在切削刃上则为微崩刃； 铣刀振动表现出由低频振动和高频振动相结合的振动特性，铣刀的这种振动特性使其与被加工件紧密接触表面之间产生小振幅往复运动，且在单个刀齿切削过程中接触界面没有暴露的机会，磨粒很难逃逸出摩擦表面；因此，单个刀齿切削过程中，铣刀与被加工件接触表面之间不仅有单向滑动摩擦磨损，而且存在粘着磨损和磨粒磨损混合机理作用下的振动磨损；刀齿切削过程中铣刀振动及其振动磨损模型；
经过切削时间t，当铣刀在第i时刻振动频率为fi时，铣刀后刀面与被加工件接触点振动磨损深度变化Δh后，前刀面磨损宽度变化Δb前，前刀面磨损深度变化Δh前，切深从ap变为a’p，每齿进给量由fz变为f’z，刀具与工件 的振动位移分别为矢量S刀具、S工件，则该时刻铣刀受迫振动行为参数与铣刀单齿磨损行为参数关系为：
当较大切削力产生强烈的受迫振动，使铣刀振动产生多个倍频时，铣刀磨损深度将成倍增大；在此条件下，铣刀磨损量随切削时间不断增长，来自铣刀振动的磨损将使铣刀与被加工件接触界面在周期性交变应力作用下引发更大的振动磨损；铣刀振动频率fi决定了铣刀振动磨损的深度，而铣刀振动频率fi是由铣刀转速为n，齿数为Z，以及铣刀刀齿的轮换切削频率f3所决定的，因此，铣刀转速为n，齿数为Z，以及铣刀刀齿的轮换切削频率f3是铣刀受迫振动磨损的基本控制变量；
经过相同切削时间t，铣刀各齿的磨损状态不相同，建立该时刻相邻两刀齿切削过程中铣刀多齿振动磨损模型；
工件进给速度为Vf（m/min），fzi为任意相邻两齿间每齿进给量（mm/z），则： 由于振动具有方向性，且每个方向的振动频率与振幅存在差异，作用在各个刀齿上的振动也各不相同，导致各个刀齿不同的振动磨损各异，产生铣刀磨损的不均匀；第i时刻的磨损不均匀度如下：
通过计算模型对铣刀受迫振动磨损的影响因素进行分析，进而预报铣刀单齿磨损程度、性质、位置以及多齿磨损不均匀度；通过对铣刀铣刀多齿受迫振动磨损模型的分析，阐明了铣刀受迫振动中主轴振动振幅对铣刀磨损宽度的影响机制；铣刀受迫振动中主轴振动振幅对铣刀前后刀面磨损位置的影响机制；铣刀受迫振动中主轴振动频率对铣刀磨损深度的影响机制；阐明了铣刀受迫振动中主轴振动振幅对铣刀磨损宽度不均匀性的影响机制；
铣刀受迫振动中主轴振动振幅对铣刀前后刀面磨损位置不均匀性的影响机制；铣刀受迫振动中主轴振动频率对铣刀磨损深度不均匀性的影响机制；揭示了铣刀受迫振动是由于改变了铣刀与工件的接触关系，导致铣刀的应力大小及分布发生变化，使得铣刀刀齿的磨损宽度、磨损深度、磨损位置发生变化；由于铣刀的刀齿分布导致铣刀振动存在相位差，使得铣刀整体振动作用到铣刀局部各个刀齿的振动位移不同，因此，形成铣刀多齿磨损的不均匀。
4.根据权利要求3所述的一种抑制刀齿受迫振动磨损不均匀性的高速铣刀设计方法，其特征在于：铣刀多齿受迫振动磨损评判方法；
刀具磨损不均匀程度会导致切削稳定性变差，已加工表面质量发生变化，因此，对铣刀不均匀磨损进行评判是十分重要的；；从铣刀与工件的摩擦副入手，分析铣刀磨损性质、磨损面积、磨损程度，提出铣刀不均匀磨损的判据，明确调控目标；
首先，通过受迫振动磨损实验结果计算出：铣刀前刀面、后刀面、切削刃三处磨损的磨损位置不均匀度、磨损宽度不均匀度、磨损深度不均匀度，对比得到三种不均匀度最大值，即l（AD）max、b（AD）max、h（AD）max均发生在哪个位置；铣刀与工件摩擦副间的接触应力关系为： 式中：σ为铣刀与工件摩擦副接触压应力，Fc为切削力，S为铣刀磨损面积，ae为铣削宽度，k、p、q、r、m分别为系数，由不同材料所决定；
铣刀的磨损位置直接决定了铣刀的磨损性质，考虑铣刀不均匀磨损时，同一把铣刀的不同刀齿磨损位置与磨损面积共同决定铣刀与工件形成的摩擦副性质，每个磨损面积下的磨损性质是想同的，因此，可以根据两个刀齿磨损所产生的磨损面积是否存在包含关系判断量刀齿磨损的性质是否一致，即：
式中：i为磨损面积较小第i齿，j为磨损面积较大第j齿；若式18不成立，两个刀齿的磨损位置不均匀，此时应先调整参数，使得磨损位置相同；
若式18成立，分析摩擦副类型；当接触应力大于屈服强度[σs]时，铣刀发生磨损，由此建立磨损面积判据：
该式反映了两种摩擦副的类型；当S1成立时，摩擦副接触面积小，磨损面积会在振动的条件下随着切削过程的继续而发生变化；当S2成立时，摩擦副接触面积大，磨损深度会在振动的条件下随着切削过程的继续而发生变化；
当Si、Sj不同时属于S1或S2时，两个刀齿的摩擦副类型不同，此时应先调整参数，使得摩擦副类型相同；
当Si、Sj均属于S1或S2时，考虑铣刀磨损深度；而在铣刀受迫振动磨损的初期阶段，新刃磨的刀具表面粗糙，以及微观裂纹、氧化或脱碳层缺陷，故这一阶段的时间较短，磨损较快，在此基础上，考虑磨损深度的增加是否会导致磨损面积S的变化，进而影响摩擦副接触状态的稳定性；因此，铣刀受迫振动磨损的深度应该满足：
式中：磨损最大深度hmax为0.05～0.10mm，磨损量的大小与刃磨质量有关。
5.根据权利要求4所述的一种抑制刀齿受迫振动磨损不均匀性的铣刀设计方法，其特征在于：铣刀受迫振动不均匀磨损的控制方法
利用上述分析出的单因素对铣刀受迫振动磨损及磨损不均匀性的影响，控制单因素，实现对面铣刀受迫振动磨损及磨损不均匀性的控制；为刀具设计提供设计变量；由于铣刀存在相位角 i为刀齿代号从1到Z，铣刀每个刀齿的振幅不同，以第i个刀齿与工件接触时为基准，主轴转速为n，若基准刀齿振幅为Ai（t），那么相邻的第i+1齿振幅为： 铣削过程中，在离心力与切削力激励下，当切削力变大时，刀具会产生强烈的受迫振动，同时，工件在铣削过程中也存在振动；
设定铣刀转速为n，齿数为Z，振动频率为f1；工件进给速度为Vf，振动频率为f2，因此，等齿距铣刀刀齿的轮换切削频率f3，即相邻两个刀齿参与切削的间隔频率为：
f3=nZ （20）
由于刀具与工件振动均呈现周期性，当铣刀振动频率为f1与铣刀刀齿的轮换切削频率f3相同时，铣刀的受迫振动磨损为均匀磨损；当f1≠f3时，铣刀每个刀齿在切削时铣刀的振幅均不同，导致铣刀产生受迫振动不均匀磨损；
铣刀振动频率fi决定了铣刀振动磨损的深度，而铣刀振动频率fi是由铣刀转速为n，齿数为Z，以及铣刀刀齿的轮换切削频率f3所决定的，因此，铣刀转速为n，齿数为Z，以及铣刀刀齿的轮换切削频率f3是铣刀受迫振动磨损的基本控制变量；
对刀具切削振动行为参数与铣刀刀齿磨损行为参数进行分解，将切削参数设计变量对铣刀刀齿受迫振动磨损的影响程度进行由大到小的排序，即设计顺序；用刀具参数设计变量对切削参数不能控制的受迫振动磨损进行补偿设计。
6.根据权利要求4所述的一种抑制刀齿受迫振动磨损不均匀性的铣刀设计方法，其特征在于：铣刀结构设计
首先，通过建立不同齿数的铣刀模型，通过有限元模态分析，研究其结构的振动特性，分析不同齿数对铣削振动的影响，为降低刀具振动、提高加工质量提供参考与依据，通过UG建立直径63mm、不同齿数的等齿铣刀实体模型，分别为4齿等齿距、4齿不等齿距铣刀； Ansys边界条件定义：刀具既不能在轴向和径向发生窜动或跳动，也不能有沿轴向和径向的转动，所以就必须限制刀柄的所有自由度，这就是刀具的约束条件；根据铣刀实际装夹情况，约束铣刀柄部轴向位移，柄部圆柱径向及切向位移，分析不受载荷时不同齿数铣刀
1～6阶固有频率如表4所示；
表4不同齿数铣刀固有频率（单位：Hz）
从表4可知，4齿不等齿铣刀的六阶振型比等齿铣刀小，相同齿数下，固有频率很接近，是模态密集区；固有频率相差较大；二阶和三阶固有频率相差很大，为模态稀疏区，等齿距，其固有频率的变化趋势均呈由大到小的变化；这说明刀具的齿距对刀具的固有频率有影响，当刀具的固有频率接近加工系统的激振频率时，就有可能引起刀具的共振、颤振的发生，即多齿铣刀在高速铣削时易发生振动。
7.根据权利要求6所述的一种抑制刀齿受迫振动磨损不均匀性的铣刀设计方法，其特征在于：对铣刀结构设计进行实验验证
为进一步验证上述分析结果，采用研制的四齿不等齿铣刀：直径为63mm，齿距分别为
88、89、91、92，与直径63mm四齿等齿面铣刀进行高速铣削45号钢实验，测试其振动特性：实验机床、工件、刀具及实验参数如表5所示：
表5验证实验参数
利用VDL-1000E机床，对主轴振动、刀齿磨损进行测量，测量结果如表6所示，其中：X为行距方向、Y为轴向、Z为进给方向：
表6四齿等齿与不等齿铣刀实验振动与磨损不均匀度结果对比
当刀具参数与切削参数的变化，铣刀的受迫振动发生着变化，其中，刀齿、刀具角度、齿距是刀具的设计变量；决定这刀具的振动，同时也是导致铣刀受迫振动磨损变化的控制因素，从实验结果可以看出，它的受迫振动以及受迫振动磨损与表面质量一致性都有改善，设计出的四齿不等齿铣刀：刀体结构为锥形刀体，刀体材料为40Cr，紧固螺钉采用细螺纹螺钉，紧固螺钉材料为35CrMo，刀片为TiN涂层硬质合金刀片；铣刀直径d为63mm，刀具悬伸量L为36mm，刀具齿数为4齿，主偏角为45°；刀片安装前角γ0为2°，刀齿分布采用不等齿分布，刀齿齿距差为5°，直径为63mm，齿间夹角为88、89、91、92；该铣刀通过改变刀齿分布改变了铣刀刀齿的振动频率，减小了铣刀刀齿的磨损；同时，通过这种刀具齿距分布对相位角的调整，使得铣刀的铣削频率与铣刀的振动频率一致，减小了铣刀受迫振动磨损的不均匀性，因此可以通过改变刀具参数对铣刀进行设计，对铣刀的受迫振动以及受迫振动磨损和磨损不均匀性（寿命）都有效果，再通过改变切削参数，达到加工要求的铣削效率的同时，不改变磨损的性质、以及磨损速率，最终使得铣刀实现高寿命的目标。

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