[發(fā)明專利]一種球頭銑刀立銑表面粗糙度快速建模方法

有效

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• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110348086B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李淑娟;洪賢濤;董永亨;楊振朝;趙智淵;袁啟龍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F111/10
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 杜娟

本發(fā)明公開了一種球頭銑刀立銑表面粗糙度快速建模方法，在忽略物理因素影響的前提下將球頭銑刀球頭部分簡化為一個半球，并設(shè)定初始相位差為0°，將刀具銑削過程簡化為不同時刻刀具球頭部分和工件的布爾減運(yùn)算，以每齒進(jìn)給量對應(yīng)時間為間隔離散銑削過程，分析了表面形貌單元區(qū)域表面形貌，將二維算術(shù)平均中線延伸到三維空間，得到空間算術(shù)平均中面，本發(fā)明利用數(shù)學(xué)積分球頭銑刀銑削表面算術(shù)平均偏差的解析模型，該模型與每齒進(jìn)給量、行距和刀具半徑有關(guān)，可以迅速確定切削參數(shù)對應(yīng)的算術(shù)平均偏差，能用于加工前的切削參數(shù)選擇。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)控銑削加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種球頭銑刀立銑表面粗糙度快速建模方法。

背景技術(shù)

球頭銑刀因加工適應(yīng)性強(qiáng)等特點而廣泛應(yīng)用于多軸加工中，隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控多軸銑削技術(shù)越來越成熟，“以銑代磨”已經(jīng)成為一種趨勢，銑削經(jīng)常作為最后一道加工工序來保證加工表面質(zhì)量。表面粗糙度是表面質(zhì)量的重要評定參數(shù)，表面粗糙度的大小直接影響著零件的耐磨性、耐腐蝕性、表面摩擦性和耐疲勞性，同時也影響著零件的裝配精度。因此，準(zhǔn)確預(yù)測銑削表面粗糙度，對合理確定加工參數(shù)和改進(jìn)加工方法來改善表面加工質(zhì)量和提升生產(chǎn)效率有重要意義。

各種銑削表面粗糙度建模方法也已經(jīng)很成熟，目前，表面粗糙度的預(yù)測方法主要有幾何建模法、多元回歸法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法。

幾何建模法對銑削形貌建立仿真的基本思路是按照球頭銑刀立銑的一般過程，求解出刀刃在空間的軌跡，然后在選定的時刻，判斷刀刃是否切入工件，如果切入則需更新工件被切部位的高度坐標(biāo)。最終根據(jù)這些點高度坐標(biāo)計算出表面粗糙度值，這種方法需要離散時間、刀齒和工件，離散段數(shù)越多，預(yù)測精度越高，但會導(dǎo)致計算效率降低。而實際工作中通常需要多次仿真來確定一個較好的加工參數(shù)，低效率滿足不了實際生產(chǎn)的需求。

多元回歸法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法都屬于試驗法，即選擇不同加工參數(shù)進(jìn)行一定量的試驗，得到一批試驗結(jié)果，根據(jù)試驗結(jié)果表現(xiàn)出的關(guān)系建立模型。不同的是多元回歸法是以加工參數(shù)為自變量，加工表面粗糙度為因變量，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸得到表面粗糙度和加工參數(shù)的關(guān)系式。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法是將加工參數(shù)輸入輸入層，經(jīng)輸出層輸出預(yù)測結(jié)果，對比試驗結(jié)果和預(yù)測結(jié)果間差距后，利用反饋量對神經(jīng)元進(jìn)行誤差修正，經(jīng)過反復(fù)修正和優(yōu)化得到預(yù)測模型。因為預(yù)測模型都是基于試驗結(jié)果得到，所以多元回歸法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法的預(yù)測精度有以下缺點，對試驗樣本數(shù)量的依賴較大、預(yù)測結(jié)果有不確定性和應(yīng)用范圍窄等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種球頭銑刀立銑表面粗糙度快速建模方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的球頭銑刀表面粗糙度的建模方法對試驗樣本數(shù)量的依賴較大和應(yīng)用范圍窄的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種球頭銑刀立銑表面粗糙度快速建模方法，具體按以下步驟實施：

步驟1，切削力引起的動態(tài)位移較小，故忽略；

步驟2，簡化銑刀和銑削過程；

步驟3，根據(jù)簡化進(jìn)行銑削過程離散，分析單元矩形限定區(qū)域表面形貌；

步驟4，根據(jù)單元矩形區(qū)域形貌建立空間直角坐標(biāo)系，分析小單元矩形限定區(qū)域形貌；

步驟5，定義小單元矩形限定區(qū)域的算術(shù)平均中面方程；

步驟6，建立小單元矩形區(qū)域形貌的相關(guān)方程；

步驟7，計算小單元矩形區(qū)域表面算術(shù)平均偏差，得到球頭銑刀的表面粗糙度模型。

步驟1中，精銑獲取最終表面時一般選擇較小切削深度，切削力引起的動態(tài)位移較小，可以忽略。

步驟2中，將球頭銑刀的球頭部分簡化為一個半球，并設(shè)定初始相位差為0°，將刀具銑削過程簡化為不同時刻刀具球頭部分和工件的布爾減運(yùn)算。