[發(fā)明專利]一種銑削加工工件表面形貌的建模方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210162358.5
• 申請(qǐng)日: 2012-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN102681488A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張臣;郭松;周來(lái)水;張海艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/19
• 分類號(hào): G05B19/19
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)控銑削加工領(lǐng)域，特別涉及數(shù)控銑削加工中刀具磨損引起的工件表面形貌建模領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)零件加工精度的要求越來(lái)越高。而在實(shí)際的銑削加工過(guò)程中，由于受各種因素的影響不可避免地會(huì)產(chǎn)生加工誤差。加工誤差是影響工件加工質(zhì)量非常重要的因素，會(huì)使工件加工精度明顯降低，過(guò)大的加工誤差甚至?xí)斐闪慵?bào)廢，嚴(yán)重影響加工效率和效益。工件表面的微觀形貌和工件表面粗糙度有密切的聯(lián)系，對(duì)工件的耐磨性與裝配精度有重要影響，同時(shí)也是反映工件表面加工質(zhì)量的重要指標(biāo)，通過(guò)預(yù)測(cè)工件表面的形貌，可以得到工件上任意位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，將其與該點(diǎn)的理論坐標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，即可得到該點(diǎn)處的加工誤差值。

為了提高工件表面的加工質(zhì)量，減小加工誤差，降低粗糙度，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者從微觀角度對(duì)工件表面形貌進(jìn)行了研究，取得了一些成果。先后提出了一些建立工件表面形貌模型的建模方法。

現(xiàn)有的工件表面形貌的建模方法多是就切削參數(shù)選擇、刀具定位誤差、切削力引起的刀具變形等因素對(duì)工件表面形貌的影響進(jìn)行的研究，目前還很少有針對(duì)球頭銑刀銑削過(guò)程中的刀具動(dòng)態(tài)磨損對(duì)工件表面形貌的影響進(jìn)行相關(guān)的研究。

為此，本發(fā)明克服了上述工件表面形貌的建模方法存在的不足，根據(jù)球頭銑刀切削刃的特點(diǎn)，建立切削軌跡方程，并進(jìn)一步將刀具磨損對(duì)切削軌跡的影響考慮在內(nèi)，對(duì)刀具磨損后的工件表面形貌進(jìn)行研究。分析了刀具磨損后球頭切削刃外輪廓刃線的形狀變化，據(jù)此可以進(jìn)一步分析磨損后的切削刃相對(duì)工件的切削軌跡，建立考慮磨損的切削軌跡方程，進(jìn)而得到加工后的工件表面形貌。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，在于提供一種銑削加工工件表面形貌的建模方法，其可解決銑削加工過(guò)程中刀具磨損引起的工件表面形貌的建模和可視化仿真問題。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種銑削加工工件表面形貌的建模方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）根據(jù)銑削加工刀具切削運(yùn)動(dòng)軌跡將球頭部分切削刃離散為一系列切削微元，由于不同切削微元在切削時(shí)線速度不同，且在加工過(guò)程中同時(shí)存在直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與自身繞刀具主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，除球頭刀尖外球頭切削刃上其它點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡將形成一系列的次擺線，為了分析刀具切削軌跡在工件上形成的形貌，以離散后的切削微元P點(diǎn)作為研究對(duì)象，通過(guò)分析點(diǎn)P在走刀過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)，得到加工結(jié)束后點(diǎn)P在工件上最終留下的切削軌跡，去除在加工中被切除掉的軌跡線即得到最終構(gòu)成工件形貌的軌跡；考慮直線運(yùn)動(dòng)軌跡和旋轉(zhuǎn)軌跡，當(dāng)?shù)毒呶窗l(fā)生磨損時(shí)，P點(diǎn)的理論切削軌跡方程如式（1）所示：

??????????????(1)

其中，、為P點(diǎn)經(jīng)過(guò)切削加工時(shí)間后的坐標(biāo)，、為P點(diǎn)起始坐標(biāo)，為單位時(shí)間的刀具進(jìn)給速度，為切削加工時(shí)間，為P點(diǎn)所處位置的螺旋滯后角對(duì)該點(diǎn)加工時(shí)間的影響，，,?為P點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刀具螺旋滯后角，為P點(diǎn)所處的位置角處的刀具徑向半徑，，為未磨損時(shí)的球頭銑刀半徑，為刀具主軸旋轉(zhuǎn)角速度，為P點(diǎn)與球頭中心O的連線與刀具主軸Z的夾角，即為描述切削微元所在位置的角度稱為位置角；

當(dāng)把刀具磨損的影響考慮在內(nèi)時(shí)，隨著刀具不斷磨損，切削刃上同一高度上的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的徑向半徑及其所對(duì)應(yīng)的位置角都將發(fā)生變化，因此，當(dāng)考慮加工過(guò)程中的刀具磨損量時(shí)，P點(diǎn)的切削軌跡可由式(2)表示：

???(2)

其中，、為考慮刀具磨損P點(diǎn)經(jīng)過(guò)切削加工時(shí)間后的坐標(biāo)，、為P點(diǎn)起始坐標(biāo)，為單位時(shí)間的刀具進(jìn)給速度，為切削加工時(shí)間，為P點(diǎn)所處位置的螺旋滯后角對(duì)該點(diǎn)加工時(shí)間的影響，且，為P點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刀具螺旋滯后角，為刀具主軸旋轉(zhuǎn)角速度；

為刀具磨損后P點(diǎn)高度處的球頭徑向半徑，由式（3）求解；

??????????????????(4)

式中，為球頭銑刀未磨損時(shí)的半徑，為切削微元所在的截平面高度，為高度處刀具切削刃的后刀面磨損量；

（2）根據(jù)銑削軌跡方程獲得的銑削軌跡并不是全部構(gòu)成工件表面形貌，部分軌跡線在加工中會(huì)被切除，只有最外側(cè)的軌跡線形成工件表面形貌，為了確定最外側(cè)的軌跡線，需要求解最外側(cè)軌跡線對(duì)應(yīng)的刀具切削刃的位置角取值范圍[，]，求出[,]區(qū)間內(nèi)各個(gè)角對(duì)應(yīng)的刀具切削軌跡線，這些切削軌跡線的集合就構(gòu)成了加工后的工件表面形貌；

刀具沿x軸進(jìn)給，y軸兩側(cè)最終留到工件表面的軌跡線分別為和，要想保證最外側(cè)軌跡的存在，切削刃軌跡必須滿足軌跡線與進(jìn)給軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值大于刀具旋轉(zhuǎn)一周的直線進(jìn)給量，由此得到式（5）：

??????(5)??????????