[發明專利]一種考慮工件振動的外圓車削時工件表面粗糙度計算方法

有效

• 申請號: 202010172978.1
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111230143B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 趙國勇;李春霄;孟建兵;周海安;李學偉
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: B23B1/00
• 分類號: B23B1/00;B23Q17/09;B23Q17/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種考慮工件振動的外圓車削時工件表面粗糙度計算方法，采用以下步驟：1）根據機床?刀具?工件振動理論，基于車削參數、工件直徑、刀具磨損建立外圓車削時工件表面粗糙度計算模型；2）借助游標卡尺、粗糙度儀、金相顯微鏡測量并計算外圓車削時工件表面粗糙度計算模型中各待定系數；3）在加工機床、裝夾方式、刀具材料、工件材料、加工方式相同情況下，對于一組新的工藝參數，根據車削參數、工件直徑、刀具磨損量，在加工前計算外圓車削時工件表面粗糙度。該方法優點是：在外圓車削加工中將工件直徑作為工件振動的一個特征量，綜合考慮了車削參數、工件振動及刀具磨損的影響來計算工件表面粗糙度，計算方法簡單、精度高。

技術領域

本發明涉及一種工件表面粗糙度計算方法，特別是涉及一種考慮工件振動的外圓車削時工件表面粗糙度計算方法。

背景技術

對于外圓車削加工，表面質量決定了工件的使用性能。表面粗糙度對工件的工作精度、配合性質和疲勞強度等有重要影響。一般來說，表面粗糙度小，有利于提高配合質量、減少磨損，延長工件的使用壽命。工藝人員希望在外圓車削加工之前及時了解加工后工件表面粗糙度狀況，以便做出相應工藝參數改變，最終目的是提高工件質量、提高生產效率。

許多學者根據刀具的切削用量、刀具幾何參數及振動加速度信號研究了如何預測工件表面粗糙度。張軍等人在學術期刊《儀器儀表學報》（2000年第3期：P225-228）上發表的論文“切削振動條件下工件表面輪廓的形成機理”中，指出改變振動頻率或者改變主軸旋轉頻率會改變工件表面形貌和影響表面粗糙度，提出通過改變主軸轉速獲取理想的表面粗糙度。張振祥在博士論文（長安大學，2008）“基于神經網絡的數控車削過程中零件表面粗糙度的在線預測”中，將刀具幾何形狀、切削參數以及刀具振動加速度信號作為輸入，表面粗糙度作為輸出，建立了基于神經網絡的數控車削中工件表面粗糙度在線預測模型。但該模型需要在車削中在線測量刀具振動加速度信號，測量和計算都較為復雜，而且難于在車削加工前預測計算工件表面粗糙度。

外圓車削加工中，機床、刀具與工件之間的相對振動，會使刀具在工件表面留下凹凸不平的痕跡，導致工件表面粗糙度增加。該振動信號是不可避免的，由于受多種因素影響，所以在加工中很難準確測量。

綜上所述，如何根據車削參數、工件幾何參數和刀具磨損，在外圓車削加工前簡單準確的計算出考慮工件振動時工件表面粗糙度，對于研究如何優化工藝參數以降低工件表面粗糙度提高表面質量具有重要的指導意義，已成為本領域技術人員急需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單、準確的考慮工件振動的外圓車削時工件表面粗糙度計算方法。其技術方案為：采用以下步驟：1）建立外圓車削時工件表面粗糙度計算模型，2）借助游標卡尺、粗糙度儀、金相顯微鏡測量并計算工件表面粗糙度計算模型中各待定系數，3）在加工機床、裝夾方式、刀具材料、工件材料、加工方式相同情況下，根據車削參數、工件直徑、刀具磨損量，計算外圓車削時工件表面粗糙度。

其特征在于：

步驟1）中，根據機床-刀具-工件振動理論，工件在切削深度方向上的振動對粗糙度的影響，遠遠大于在其他方向上的振動。對于軸類零件外圓車削加工，將工件直徑作為工件振動的一個特征量，基于車削參數、工件直徑、刀具磨損量建立外圓車削時工件表面粗糙度計算模型：

R_a=k×a_p^a×f^b×V^c×D^d×VB^e (1)

其中，R_a是工件表面粗糙度；a_p是背吃刀量；f是進給量；V是切削速度；D是工件直徑；VB是車刀后刀面磨損量；k、a、b、c、d和e是待定系數。