[發明專利]一種自由曲面超精密車削后表面形貌預測方法

有效

• 申請號: 202011190895.1
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112387995B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 寧培惺;冀世軍;趙繼;李京瑾;代漢達;賀秋偉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23B25/06
• 分類號: B23B25/06;B23Q17/22
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 杜森垚

本發明公開了一種自由曲面超精密車削后表面形貌預測方法，通過結合刀具軌跡規劃和表面形貌仿真兩個研究方向，根據基于主動控制加工精度規劃的刀具軌跡將需要進行表面形貌仿真的區域L_x×L_y按照分辨率為d_x和d_y劃分為m×n的網格，根據各網格點與已規劃刀具軌跡上的刀觸點的幾何位置關系計算出仿真區域內所有網格點的坐標數據，在應用計算得到的坐標數據進行曲面重構，即可實現曲面單點金剛石車削的表面形貌仿真建模。將得到的仿真模型去除掉曲面的形狀成分即可對加工誤差進行預測。本發明可以在無需進行驗證切削實驗的情況下有效的預測單點金剛石車削加工后表面形貌以及加工誤差并驗證所規劃的刀具軌跡是否滿足加工精度要求。

技術領域

本發明涉及超精密數控加工技術領域，具體涉及一種自由曲面超精密車削后表面形貌預測方法。

背景技術

單點金剛石慢刀伺服超精密車削加工是一種經濟、高效、能實現光學零件制造的先進的超精密制造技術。表面粗糙度對超精密車削零件的性能影響很大，是車削加工過程中一個重要的監控指標，目前對單點金剛石超精密車削加工的研究主要集中在刀具軌跡規劃和表面形貌仿真等方面，然而結合兩個方向的基于主動控制加工精度規劃的刀具路徑進行表面形貌仿真和加工誤差預測的研究中很少涉及。

發明內容

本發明提出了一種自由曲面超精密車削后表面形貌預測方法，根據基于加工精度控制規劃的刀具軌跡提出了自由曲面單點金剛石車削加工的表面粗糙度預測模型，以實現通過仿真預測實際加工的表面形貌和加工誤差，避免了因試切實驗造成的時間和成本的浪費。

本發明所采取的技術方案是：

一種自由曲面超精密車削后表面形貌預測方法，包括以下步驟：

步驟1：根據已規劃刀具軌跡Z＝f(ρ,θ)的自由曲面確定表面形貌仿真區域L_x×L_y，設定X和Y方向的分辨率d_x和d_y，將表面形貌仿真區域劃分成m×n的網格。將仿真區域的中心設置成自由曲面加工的圓心，則可以得到仿真區域內第(i,j)網格點P_k的XY坐標，為了方便下面的推導計算，將網格點的XY坐標轉換為柱坐標系下的ρ,θ坐標；

步驟2：計算網格點P_k之前刀具軌跡經歷的整周期數N_t，可以得到網格點P_k的在整個刀具軌跡上的當量角度則網格點P_k的坐標可以表示為

步驟3：由于加工曲面的表面形貌是由刀具切削刃切削后的最低輪廓線構成的，為了計算網格點的Z坐標需要找到對該網格點產生切削影響的刀具軌跡上的切削位置點。根據網格點和已規劃的刀具軌跡可以確定得到離網格點最近的刀具軌跡上相鄰周期的兩個刀觸點P_l1(ρ_l1,θ_l1,z_l1)和P_l2(ρ_l2,θ_l2,z_l2)；