[發明專利]一種正交車銑加工表面微觀形貌的仿真方法

在審

• 申請號: 201710785811.0
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN107971538A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 孫濤;秦錄芳
• 申請（專利權）人: 徐州工程學院
• 主分類號: B23C3/04
• 分類號: B23C3/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 劉輝

技術領域

本發明屬于機械制造加工技術領域，具體是一種正交車銑加工表面微 觀形貌的仿真方法。

背景技術

正交車銑是通過工件旋轉、銑刀旋轉和銑刀沿工件軸向的直線移動三 種運動方式的合成完成工件的加工。正交車銑作為車銑加工最常用的一種 加工技術，由于其不受工件直徑和刀具直徑的限制，且具有加工精度高的 優點，故普遍適用于薄壁、細長軸、大型回轉類零件的加工。

正交車銑加工時，工件表面在宏觀上呈多棱柱。同時，旋轉的銑刀必 定在工件表面留下移動的刀痕，而這種刀痕的變化規律即為微觀形貌，將 直接影響正交車銑加工工件的表面粗糙度。正交車銑加工的宏觀和微觀形 貌共同決定了其表面粗糙度，反映了正交車銑的加工質量，因此對正交車 銑加工表面形貌的研究應包括宏觀形貌和微觀形貌兩方面。深入探討切削 參數對正交車銑加工表面形貌和表面粗糙度的影響規律，對提高正交車銑 的加工質量和加工效率具有重要作用。

軟件仿真能夠直接生成表面形貌的圖形，可以有效地觀察表面形貌的 變化，因此是正交車銑表面形貌研究的一個重要方法。目前，正交車銑表 面形貌仿真的研究都是采用常用包絡原理對工件的宏觀表面形貌進行研究， 即正交車銑加工后已加工表面的形貌宏觀上為多棱柱，比如，中國發明專 利：一種車銑復合切削加工表面粗糙度及表面形貌仿真預測方法，公開號：102592035A；論文1：姜增輝,劉日韋,李曉巖.正交車銑已加工件表面微 觀形貌的模擬[J].制造技術與機床,2008(7):93-95；論文2：Zhu L,Li H, Wang W.Research on rotary surface topography by orthogonal turn-milling[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2013, 69(9):2279-2292)。而上述的研究未考慮刀痕對加工表面形貌的影響，即沒 有考慮正交車銑加工微觀形貌的變化規律。上述研究進行的已加工表面的 宏觀形貌只能反映正交車銑加工的形狀誤差和表面波紋度的變化，并不能 反映正交車銑刀痕的變化(微觀形貌)以及表面粗糙度的變化。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種正交車銑加工表面微觀形貌的仿 真方法，該仿真方法能夠準確反映正交車銑微觀形貌和表面粗糙度的變化， 為分析切削參數對正交車銑加工表面微觀形貌的影響規律、預測正交車銑 加工的表面粗糙度值以及正交車銑切削參數的選擇和加工質量的提高提供 合理依據。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案包括建立刀具坐標系下 刀刃的數學模型、工件坐標系下工件和刀刃的數學建模、正交車銑加工表 面微觀形貌的表示方法等。具體技術方案如下：

一種正交車銑加工表面微觀形貌的仿真方法，包括以下步驟：

1)將工件局部表面沿軸向和周向等分m×n個網格，用矩陣H[i,j] (i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)表示工件表面對應位置的高度，該矩陣的初始值 為0；

2)將刀刃數Z、刀具半徑r_t和時間離散，計算刀刃點P在工件坐標系 下的坐標值(P_wx，P_wy，P_wz)，P點到工件截面圓心的半徑r_p和殘留高度(r_p-r_w)， r_w為已加工表面半徑；

3)計算刀刃點P對應矩陣H中的i和j；

4)判斷刀刃點P是否到達加工工件表面的范圍；

5)生成正交車銑加工表面微觀幾何形貌。

進一步的，所述步驟2)中計算刀刃點P在工件坐標系下的坐標值(P_wx， P_wy，P_wz)需要經過兩個坐標系的變換：

21)建立刀具坐標系下刀刃的數學模型：

設P為銑刀底刃任意一點，則P點在刀具坐標系O_t—x_ty_tz_t下的坐標為：

設銑刀刃數為Z，各刃之間均勻分布，以銑刀x_t軸為基準，得各刃的轉 角ψ_k為：

ψ_k＝ω_t·t+2π·(k-1)/Z (2)

將式(2)代入式(1)，得：